Скачать книгу из которой взят данный материал

4.2. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ОФОРМЛЯЮЩЕЙ ПОЛОСТИ ПРЕСС-ФОРМЫ

Размеры оформляющей полости рассчитывают с целью получения отливок с заданной степенью точности. Методика расчета основана на анализе структурных полей рассеяния размеров отливок. Структурная схема полного поля рассеяния охватываемого размера гнезда пресс-формы приведена на рис. 4.24, а. При построении этой схемы за исходный принят размер гнезда Ь_ф при 20 °С, являющийся одновременно наименьшим и номинальным для пресс-формы £_фт1п и для отливки £_0ТЛ._Н0М (линия О—О), при условии допуска на изготовление размера отливки, направленного «в тело» согласно системе отверстий. Наибольшее значение размера гнезда формы /._фшах при этой же температуре берется по верхнему пределу допуска б_изг на изготовление и наибольшему допускаемому износу 6_ИЗН пресс-формы. Построив от линии О—О поля допусков б_изг и 6_ИЗН получим наибольшее значение гнезда _шах. От линии О—О откладывают также допускаемое отклонение б_др других факторов (уклонов и пр.).

Отложив от Ьф ^ некоторую величину х, характеризующую увеличение размера гнезда в связи с температурным расширением, получим наибольшее (линия 1—1) и наименьшее (линия 2—2) значения размера гнезда пресс-формы при заданной рабочей температуре *ф._р. Абсолютное значение х принято равным для Ь_ф шах и Ьф шт, так как температурное изменение, представляющее собой разность этих размеров, незначительно. По этой же причине можо пренебречь изменением размера гнезда, вызванным колебаниями температуры.

Установив предельные значения размеров гнезда пресс-формы, найдем наибольшее и наименьшее значения охватываемого размера отливки. Наибольшее значение Ь_отп шах будет при наибольшем размере гнезда и наименьшей действительной усадке; наименьшее значение размера отливки Ь_отп тШ будет при обратном

Рис. 4.24. Структурные схемы полей рассеяния размеров:

а — гнезда пресс-формы; б — стержня; в —- межосевого расстояния; А в Б — размеры гнезда (стержня) соответственно при рабочей температуре (ф ^ я 20 °С

Характеристика раамера отливки

I-ф ± б_изг — ^-отл. ном ^ ^

условии, т. е. при Ьф _mln и наибольшей усадке, равной расчетной усадке х_р. При одностороннем расположении допуска 6 «в тело» наибольший размер отливки — номинальный,

Искомый исполнительный размер оформляющего гнезда пресс-фррмы

£-ф ⁼⁼ Г-о г г, ном    Хр 6_Изг - ^икн ®др'

Рве. 4.25. Порядок простановки исполнительных размеров пресс-формы

После замены 6_ИЗИ + 6_др = 0,76 и расчетной усадки х_р значением расчетного коэффициента усадки Я_р имеем

+Ф + бизг = 7._0ТЛ._И0М(1 + Яр/¹0°) — 0,76.

Коэффициент 0,7 перед допуском должен обеспечивать получение действительного размера отливки в нижней половине поля допуска, что позволит увеличить срок службы пресс-формы, так как увеличивается допускаемое поле на ее износ.

Построив аналогичные структурные схемы для охватывающих размеров (рис. 4.24, б), выполняемых в пресс-форме стержнями, и для межосевых расстояний (рис. 4.24, е), получим формулы для расчета исполнительных размеров стержня

Т'ф + 6_ИЗГ = Ь₀_ иом

(1+Яр/Ю0)+ 0,76

и межосевого расстояния

7-ф бизр = 7,,,. _Ном (1 + Яр/100).

Эти формулы выведены для расчета размеров, оформляемых в одной части пресс-формы. При оформлении отливок в обеих полуформах или подвижными стержнями необходимо учитывать дополнительные допуски на зазоры между подвижными частями полуформ б_х и стержней б_ст. Формулы для расчета исполнительных размеров, оформляемых различными частями пресс-формы, приведены в табл. 4.3.

При определении исполнительных размеров полости пресс-формы сначала по чертежу детали делают чертеж отливки, на котором указывают оптимальные плоскости разъема, места выталкивания, подвода питателей и отвода соединительных каналов к промывнщсам. На обрабатываемых плоскостях отливки допускаются отпечатки от выталкивателей или выступы до 1 мм, а на необрабатываемых — выступы или углубления до 0,5 мм. В последнем случае глубина отпечатков должна быть указана на чертеже. Нормы точности на размеры отливок и коэффициент усадки металла выбирают по таблицам, приведенным в гл. 2.

Сложные по конфигурации отливки имеют большое число размеров, выполняемых несколькими оформляющими деталями, вычерченными на разных листах чертежей. Это создает большие трудности при расчете размеров пресс-форм. Чтобы исключить эти трудности, рекомендуют перед простановкой исполнительных размеров на оформляющих деталях выполнить по чертежу отливки (рис. 4.25, а), так называемый условный литейный чертеж отливки, отображающий полость пресс-формы (рис. 4.25, б). Размеры в условном чертеже отливки рассчитывают по формулам из табл. 4.3. Затем эти размеры переносят на чертежи оформляющих деталей пресс-формы (рис. 4.25, в).

5 КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ

В условиях литья под давлением, когда отливка формируется за период, исчисляемый сотыми и тысячными долями секунды, необходимо осуществлять строгий контроль и запись основных технологических режимов процесса. В этих целях современные машины оснащают датчиками, измерительными или измерительно-запи-сывающими приборами. Так называемая «приборизация» машин позволяет повысить качество отливок, уменьшить процент брака, сократить время, требующееся на освоение новых форм при изменении номенклатуры отливок.

Главным преимуществом приборизации является стабилизация технологических режимов процесса, которая ведет к стабилизации качества продукции, одновременно повышая срок службы форм, машин и вспомогательного оборудования. Контроль режимов дает возможность корректировать значения отдельных параметров заполнения и подпрессовки путем совершенствования литникововентиляционной системы, системы охлаждения форм и схемы управления машиной.

6.1. КОНТРОЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И СКОРОСТИ ПРЕСС-ПЛУНЖЕРА

Контроль и регулирование скорости перемещения пресс-плунжер а является важнейшим фактором обеспечения качества отливок, повышения производительности труда и внедрения автоматизации.

Основным классификационным признаком средств контроля скорости прессования можно считать конструкцию датчика, фиксирующего перемещение или скорость движения пресс-плунжера. По принципу действия датчики можно подразделить на 11 групп: фотоэлектрические (инфракрасные) скорости и перемещения; индуктивно-частотные скорости и перемещения; угловые потенциометрические перемещения; магнитоэлектрические линейные скорости; магнитоэлектрические угловые скорости; тахогенераторные скорости; электро- и миллисекундные (в том числе с использованием электросекундомера); емкостный перемещения и скорости; ультразвуковой скорости; реохордный перемещения; механический скорости.

Приборы для контроля перемещения и скорости пресс-плунжера могут быть стационарными, установленными на машине, или переносными. Переносные приборы обычно входят в общий измерительный комплект, которым пользуются технологи и наладчики при освоении технологии изготовления новой отливки или выборочном контроле технологических режимов. Стационарные приборы предназначены главным образом для оператора.

Разнообразие анализируемых конструкций приборов контроля хода прессующего плунжера вызвано стремлением к автоматическому или полуавтоматическому регулированию скорости прессования на отдельных этапах процесса. Системы автоматического регулирования требуют замера перемещения и скорости плунжера.

Переходя к рассмотрению конструкций различных приборов, необходимо учитывать назначение графиков путь — время и скорость —время, записанных датчиками скорости. Наиболее полную и удобную для анализа картину процесса прессования дает совокупность путевых и скоростных графиков. В этом случае без дополнительных расчетов можно определить значение скорости в любой фиксированной точке перемещения прессующего поршня. Для получения этих данных применяют комбинированные приборы, дающие возможность записывать на ленту осциллографа сразу два графика, или два отдельных датчика перемещения и скорости.

Для исследования изменения скорости прессования в процессе заполнения формы достаточно иметь запись графика скорость— время. По этому графику можно определить взаимосвязь между гидравлическими сопротивлениями в форме и динамическими характеристиками прессующего узла. Для оперативного контроля скорости перемещения плунжера удобен путевой график, для получения которого используют датчики простой и надежной конструкции. Имея эталонный график путь—время, оператор может регулировать по нему работу машины до тех пор, пока не будет получено удовлетворительное совпадение графиков, обеспечивающее заданное качество отливки. Абсолютные значения скорости в данном случае не имеют существенного значения. Эталонный график фиксируется после окончания освоения новой формы и установления технологических режимов.

Фотоэлектрические и электросекундные датчики скорости и перемещения. Датчик перемещения и скорости пресс-плунжер а, изготовляемый МПО «Точлитмаш» им. С. М. Кирова, имеет два канала. В каждом канале расположен инфракрасный излучатель, который подключен на вход усилителя. Подвижная рейка с прорезями, жестко укрепленная на пресс-плунжере, периодически перекрывает оптические оси обоих каналов. В зависимости от расстояния между оптическими осями возможны различные режимы работы датчика.

Ход поршни

1-

Электро- и миллисекундные датчики скорости основаны на измерении времени прохождения закрепленного на штоке подвижного элемента от одной фиксированной точки к другой. Эти датчики наиболее приемлемы для контроля средней скорости прессования на любом участке хода поршня в производственных условиях. Их собирают из стандартных, серийно изготовляемых дешевых элементов. Электросекундные датчики в виде стандартных электросекундомеров устанавливают на некоторых машинах, изготовляемых ПО «Сиблитмаш». Электросекундомеры рекомендуется применять при скоростях прессования ниже 2 м/с. Интересна конструкция электросекундомера, смонтированного в одном блоке с круговым датчиком перемещения [34, 35]. Прибор позволяет определить как среднюю, так и истинную скорость перемещения прессующего поршня. Принцип работы прибора заключается в следующем. Шкив прибора тросом соединяется с поводком, укрепленным на штоке поршня. Со шкивом связан барабан, имеющий токопроводящую шину. Цепь замыкается через пружинящий электроконтакт. При вращении шкива изменяется сопротивление потенциометра, записываемое на осциллограмме в виде графика путь—время. Шина и пружинящий контакт используются для включения электро секундомера. При постоянной

6)

Рис. 5.2. Сжемы индуктивно-частотны* датчиков к устройств:

1 — датчик; 2 — преобразователь; 3 — стрелочный прибор; 4 — рейка; 5 — индуктивный датчик; 6 — шток; 7 — верхняя втулка; 8 — обмотка; 9 — корпус обмотки; 10 — магнит; 11 — элемент крепления магнита; 12 — ннжняя втулка

длине шины средняя скорость прессования будет определяться временем замыкания контакта и шины, которое измеряется электросекундомером .

На рис. 5.1 показана схема прибора Velocator фирмы Wotan (ФРГ) для контроля средней скорости пресс-плунжера. Скорость измеряется на заданном участке хода на расстоянии 15 мм между контактами 2. Импульсы тока, вырабатываемые генератором 1 с частотой 10 кГц, передаются от контактов 2 на счетчик импульсов 3, 4 и далее на аналого-цифровой преобразователь 5. Эти цифры регистрируются прибором и указываются стрелкой на индикаторе 6 до тех пор, пока оператор не снимет показания или не повторит замер скорости.

Иидуктивно-частотиые датчики. В основу прибора, изготовленного в ПО «Сиблитмаш» для машин, положен частотный принцип измерения максимальной скорости. При движении рейки 4 (рис. 5.2, а) относительносердечника датчика 1 его магнитное сопротивление периодически изменяется, вызывая изменение магнитного поля, охватывающего сердечник датчика, вследствие чего на выходе из него появляется электрический ток, частота которого прямо пропорциональна скорости перемещения прессующего поршня. Максимальное значение скорости с помощью преобразователя 2 фиксируется стрелочным прибором 3.

В связи с тем, что индуктивно-частотные датчики являются механически наиболее жесткими, их рекомендуется применять в системах автоматического регулирования машин.

Прибор для контроля скорости и перемещения ИС-2Т, разработанный и внедренный С. Г. Дьяковым с соавторами [46], предназначен для измерения скорости пресс-плунжер а в двух произвольно задаваемых точках с цифровой индикацией значений скоростей и толщины пресс-остатка, а также для дискретного измерения. скорости по всей длине контролируемого перемещения с выдачей результатов на регистрирующее устройство либо на ЭВМ. В нем предусмотрена возможность задания граничных зна-

6 Закаэ 66 чений скорости в контролируемых точках, сравнение заданной скорости с действительной. Результаты сравнения выводятся на световые индикаторы. Датчик работает по принципу индуктосина и устанавливается непосредственно в зоне измерения. Подвижная часть датчика (головка) жестко соединяется со штоком пресс-плунжера, а неподвижная часть (линейка) крепится кронштейнами на цилиндре. Блок логической обработки может располагаться в стойке с двумя приборами. Предусмотрена работа прибора в двух режимах: однократное и дискретное измерения. В первом режиме определяется скорость в заданном интервале времени, во втором — скорость по всей длине контролируемого перемещения пресс-плунжер а. С началом движения пресс-плунжера на выходе датчика получают данные о положении подвижной части датчика относительно точки отсчета, установленной с помощью кнопки установки нуля. На рис. 5.2, б приведена схема использования индуктивного датчика для автоматического регулирования скорости пресс-плунжера. В схеме использованы четыре головки без подвижных частей и пазы на штоке. Наличие пазов приводит к изменению магнитных характеристик штока, что используется для выдачи сигналов положения и скорости штока и связанного с ним плунжера. Пазы расположены с интервалом 1—2 мм. Число импульсов пропорционально скорости штока. Положение штока отмечается через короткие интервалы путем формирования электрических импульсов. Аналогичные датчики используются в последних моделях отечественных машин.

Магнитоэлектрические датчики линейной скорости. В группу магнитоэлектрических датчиков скорости объединено несколько конструктивных вариантов. Принцип действия датчика основан на явлении электромагнитной индукции, согласно которому при перемещении постоянного магнита вдоль измерительной катушки с сердечником, в результате пересечения магнитными силовыми линиями витков обмотки, в них наводится электродвижущая сила.

За рубежом широко распространены датчики с дифференциально-трансформаторной системой. Пресс-плунжер связан с сердечником, помещенным внутри обмоток дифференциально-трансформаторной катушки. Первичный преобразователь и измерительный прибор соединены между собой кабелем. При этом обмотки возбуждения соединены последовательно и питаются от сети переменного тока. Вторичные обмотки катушек включены навстречу друг другу через электронный усилитель. Датчик работает по индуктивному принципу; возникающий сигнал пропорционален скорости перемещения сердечника. На рис. 5.2, в приведена схема широко применяемого за рубежом датчика скорости, в котором использован этот принцип. Величина формируемого сигнала пропорциональна скорости перемещения подвижного элемента —* магнита 10. Ввиду того, что ход датчика с дифференциальнотрансформаторной системой меньше хода пресс-плунжера, было разработано шарнирно-рычажное устройство, которое в 2 раза

Рис. 5.3. Схемы датчиков для измерения перемещений (а, 6) и скорости (в):

/ — многооборотный угловой потенциометрический датчик перемещения поршня; 2 — нейлоновая втулка; 3 — шкнвы с ннтью к штоку плунжера; 4—тахогенераторный датчик скорости; 5 — корпус; 6 — кронштейн; 7 — троснк; 8 — однооборотный потенциометрический датчик перемещения; 9 — цилиндр прессования; 10 — магнит; 11 — подвижный контакт; 12 — обмотка; 13 — упор; 14 — шкнвы для передачи движения от плунжера; 15 — троснк; 16 — пружина; 17 — круговая шнна

уменьшает длину хода подвижной системы датчика по сравнению с ходом плунжера.

На рис. 5.3, в показана схема магнитоэлектрического углового датчика скорости и прибора с вращением ротора в виде магнита 10. При таком конструктивном варианте его удобно применять в одном приборе совместно с угловым потенциометрическим датчиком перемещения. Чувствительность датчика составляет 50 мкА/0,25 В при угловой скорости 42,5 градус/с. Хотя данный датчик пригоден для определения мгновенной скорости, его основные преимущества проявляются при контроле максимальной скорости прессования, причем для этих целей он более удобен, чем другие датчики скорости.

Тахогенераторные датчики скорости. В этих датчиках вращательное движение преобразуется в электрический ток, напряжение которого пропорционально частоте вращения. Эти датчики успешо применяют на машине для литья блоков цилиндра автомобильных двигателей на Заволжском моторном заводе. На их основе во ВНИИлитмаше (г. Москва) был разработан прибор для измерения максимальной скорости прессующего плунжера. Конструкция этого прибора аналогична конструкции комбинированного прибора с угловым потенциометрическим датчиком перемещения (рис. 5.3, б, в). В обоих приборах приводной шкив связан с прессующим плунжером стальной нитью, которая возвращается в исходное положение при обратном ходе поршня специальной пружиной. Тахогенераторный датчик связан со стрелочным прибором, отмечающим максимальную скорость прессования. Тахо-генераторные датчики рекомендуется использовать при высоких скоростях перемещения прессующего плунжера, когда некоторые магнитоэлектрические линейные датчики скорости искажают реальный характер графика скорость—время.

Угловые потенциометрические датчики перемещения. Конструкции таких датчиков для машин литья под давлением впервые разработаны в СССР [34]. Датчик преобразует угол поворота чувствительного элемента в электрическое сопротивление г. Значение г на выходе датчика зависит от положения токосъемного подвижного контакта и определяется зависимостью

г = Яар,

где Я — радиус контактной рукоятки; а — угловое перемещение токосъемного контакта; р — удельное сопротивление материала проволоки.

Чувствительность датчика определяют по формуле

йг/йа = Яр.

На рис. 5.3, в представлен комбинированный прибор для контроля перемещения плунжера с помощью углового потенциометрического датчика перемещения. Прибор имеет механическую систему для быстрого монтажа на машины разных типов и марок. На корпусе прибора смонтирован переключатель для автоматического включения осциллографа на фотографирование или протяжку пленки в любой требуемый момент времени. На приборе кроме датчика перемещения смонтирован магнитоэлектрический датчик скорости мод. ДОСС-2. Привод датчиков осуществляется через сменные шкивы. Через эти шкивы проходит нить, которую либо привязывают непосредственно к траверсе машины, либо привязывают непосредственно к траверсе машины, либо к специальному поводку в виде ножа.Для записи хода плунжера прибор можно модернизировать, добавив устройство типа электросекундомера, фиксирующего среднюю скорость.

По сравнению с реохордными потенциометрические датчики обеспечивают универсальность установки на машины различных типов, более высокую точность и возможность измерения очень длинных ходов с использованием либо многооборотных угловых потенциометров, либо редукторов. Для начала измерения пути могут использоваться быстродействующие герконы (магнитоуправляемые контакты). Флажок с постоянным магнитом крепится на шкиве. Эксплуатация потенциометрического датчика скорости перемещения показала, что при использовании современных электронных преобразователей можно существенно увеличить информацию, получаемую визуальным или графическим способом. Например, данные можно получать в цифровом виде. По величине

Рис. 5.4. Сжема ультразвукового датчика для намерения перемещения и скорости:

/ — электрический импульс; 2 — постоянный магнит; 3 — волновод; 4 — медный стержень; 5 — ультразвуковой импульс

перемещения определяют дифференциальную скорость (при этом отпадает необходимость иметь отдельный датчик скорости и ускорения). Одиако в этом случае прибор усложняется.

На рис. 5.3 представлены конструктивные элементы современных приборов с магнитоэлектрическим датчиком скорости и потенциометрическими одно- и многооборотными датчиками перемещения.

Отметим, что использование приборных комплектующих элементов массового производства имеет много преимуществ по надежности и стоимости. Например, перспективно применение автомобильного трехфазного генератора, частота импульсов которого пропорциональна скорости вращения шкива или, другими словами, скорости перемещения пресс-плунжера. При освоении серийного производства данный генератор будет сблокирован с потенциометрическим датчиком, как в приборе, показанном на рис. 5.3, а. В итоге формируется высокоэффективный и дешевый комбинированный датчик и прибор скорости—перемещения. В нем может применяться блок потенциометрических датчиков упрощенного типа, которые изготовляют для систем подготовки топлива в автомобилях.

Ультразвуковой датчик. Действие ультразвукового датчика перемещения и скорости основывается на принципе магнитострик-ции ферромагнитных материалов [93]. Датчик, показанный на рис. 5.4, состоит из волновода, в середине которого проходит медный стержень, служащий проводником тока; он неподвижно соединен с машиной. Постоянный магнит неподвижно соединен со штоком пресс-плунжера и движется вместе с ним. Если на конец медного стержня поступает импульс тока, вдоль стержня начинает двигаться кольцевое магнитное поле. Когда это поле встречается с продольным магнитным полем постоянного магнита, они образуют спиральное поле и создают на время действия импульса тока эффект скручивания волновода. Это скручивание приводит к возникновению ультразвукового импульса, который распространяется по обе стороны волновода. На приемно-передающей стороне Е волновода ультразвуковой импульс вновь преобразуется в электрический импульс. Импульс на противоположной стороне подавляется. Датчик применяют редко.

5.2. КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ ПРЕССОВАНИЯ

Контроль давления прессования способствует стабилизации технологических параметров прессующего механизма, что улучшает качество отливок, снижает их брак. Кривые изменения давления рабочей жидкости в цилиндре прессования во многих случаях записываются осциллографическими или самопишущими приборами совместно со скоростью прессования. Для измерения давления требуются специальные датчики. По конструктивным признакам все датчики измерения давления можно подразделить на следующие группы: манометры, индуктивные, тензометрические и электрические датчики. Датчики могут подавать сигналы на осциллографические приборы для определения мгновенных значений давления или на малоинерционные самописцы для определения значений давления за какой-либо промежуток времени. При выборе датчиков давления необходимо учитывать их инерционность. Наибольшей инерционностью обладают манометры, наименьшей — датчики и приборы с осциллографом.

Манометры. Современные машины литья под давлением оборудованы манометрами, указывающими давление в различных точках гидравлической системы. Манометры позволяют регистрировать средние значения давлений, обеспечивая соблюдение технологических режимов и быстрое обнаружение неполадок в системе запирающего и прессующего механизмов. Для крупных машин, а в некоторых случаях и для средних, можно применять самопишущие манометры с записью показаний давления в прессующем цилиндре и мультипликаторе на ленте. Для этих целей можно использовать стандартные самопишущие манометры типа МПЭ-4. Такие манометры установлены на машине ПО «Сиб-литмаш» мод. ЛН-3809 с усилием запирания 30 ООО кН.

По кривым измерения давления в прессующем цилиндре можно судить о возрастании гидравлических сопротивлений в процессе заполнения и эффективности работы мультиплицирующих устройств в процессе подпрессовки. Кроме того, по величине давления рабочей жидкости в прессующем цилиндре косвенно определяют давление металла в камере прессования или полости формы.

Индуктивные датчики давления. Очень широко для измерения и записи величины давления рабочей жидкости применяют индуктивные датчики давления. Они обеспечивают высокую точность измерения. Обычно на машинах литья под давлением устанавливают два индуктивных датчика давления типа ДД-10 иДДИ-20 или датчик ДДИ-21. Датчики устанавливаются в цилиндре прессования и цилиндре мультипликатора. Принцип действия датчика заключается в том, что под давлением рабочей жидкости прогибается мембрана, изменяется зазор и, следовательно, индуктивность. Рассматриваемые датчики давления для различных диапазонов измерения комплектуют с двухканальным индикатором давг ления мод. ИД-2М или ИВП-2. Последний предназначен для преобразования индуктивности и активного сопротивления датчика в электрическое напряжение, передаваемое на шлейф осциллографа. Каждый из двух каналов преобразователя можно использовать для записи кривой изменения давления в цилиндре прессования или мультипликатора. Аппаратура обеспечивает точность измерения до 2% в диапазоне частот до 500 Гц. В зависимости от величины давления существует 12 типоразмеров датчиков, которые отличаются друг от друга толщиной мембраны. Индуктивные датчики давления данного типа рекомендуется использовать при исследовании процесса или отработке оптимальных технологических режимов.

Тензометрические датчики давления. В настоящее время для измерения и записи величины давления рабочей жидкости в машинах литья под давлением наиболее часто применяют стандартные тензометрические датчики. Поскольку такие датчики требуют менее сложного комплекта аппаратуры, чем индуктивные, они более пригодны для стационарного монтажа на машине и оперативного контроля давления. Датчики конкретной марки выбирают по каталогу в зависимости от диапазона измеряемого давления, Датчики включают в мостовую электрическую схему осциллографа или быстродействующего самописца. Обычно их монтируют совместно с низковольтным усилителем. Для стационарных тензо-метрических датчиков целесообразно устанавливать дополнительный вентиль, прекращающий доступ рабочей жидкости к датчику, если он не используется.

В НИИСЛе (г. Одесса) разработан и внедрен датчик давления, который применяется для определения натяжения колонн [33]. Он состоит из тензопреобразователя, на упругой части которого расположены деформируемые (рабочие) тензорезисторы, а на утолщенной, не испытывающей деформации, — недеформируе-мые резисторы. На тензопреобразователе закреплены стакан с термокомпенсационными резисторами и корпус. Основным элементом датчика натяжения колонн является гибкая пластина. Деформация пластины фиксируется тензоэлементом. На недеформируемом стакане расположены термокомпенсационные резисторы. Усилие на пластину передается через толкатель, жестко закрепленный на гибкой мембране, и шарик.

Мембранный потенциометрический датчик давления. Принцип работы датчика заключается в том, что прогиб мембраны воспринимается рычагом потенциометра или переменного сопротивления. Такие датчики не требуют усилителей напряжения. Для них упрощается или вовсе не требуется тарирование. В то же время точность измерения электрических или, как иногда их называют, потенциометрических датчиков несколько ниже по сравнению, например, с индукционными.

В цеховых условиях можно применять стандартные малогабаритные датчики давления повышенной точности типа МД-Т. Эти датчики предназначены для дистанционного измерения избыточного давления жидкостей. В зависимости от величины измеряемого давления применяют датчики следующих типов:    МД-120Т,

МД-200Т, МД-400Т.

На рис. 5.5 приведены осциллограммы давления в цилиндре прессования, полученные е помощью электрического датчика на

Рис. 5.5. Осциллограмме перемещения плунжера (/) и изменения давления рабочей жидкости (2) в цилиндре прессования

установленной в СССР машине: мод. CL085-8 (ЧССР) при исследовании литья под давлением термоупрочняемых сплавов. Одновременно на осциллограммах записаны кривые перемещения прессующего поршня, по которым подсчитывали скорость прессования. Осциллограммы на рис. 5.5, а получены при скорости прессования 0,25 м/с, а на рис. 5.5, б — при 0,5 м/с. При возрастании скорости прессования резко увеличивается гидродинамическое давление в начале заполнения формы. Проверка отливок показала, что характер изменения давления, зависящий и от скорости прессования, влияет на качество поверхности и плотность отливок.

При выборе прибора для контроля и записи давления рабочей жидкости всегда следует учитывать возможность одновременного измерения других параметров и, прежде всего, скорости прессующего плунжера. В качестве единого регистрирующего прибора можно использовать электронно-лучевые трубки с приставкой для фотозаписи, осциллографы с приставкой для быстрого проявления ленты и малоинерционные самописцы.

Контроль давления в рабочей полости пресс-формы. Контроль давления в рабочей полости формы дает наиболее точную информацию об одном из главных факторов, определяющих качество отливки. Однако практически осуществить такой контроль гораздо сложнее, чем в гидравлической системе машины. Первоначально применялись трудоемкие и сложные способы наклейки тензодат-чиков на дополнительные выталкиватели или просто стержни, соприкасающиеся с жидким металлом. Затем от наклейки тензо-датчиков отказались.

Надежная и оправдавшая себя на практике конструкция датчика фирмы Die Casting (США) приведена на рис. 5.6. Она применяется, в частности, в заводских лабораториях. Давление жидкого металла передается на выталкиватели 1 с переходной колодкой 2 из закаленной стали. Затем давление передается на малогабаритный датчик давления. На плите 4 с помощью винтов 11 крепится ограничительное кольцо 10 . из закалеввой стали. Внутрй этого кольца помещается серийный тензо-метричеекий датчик давления 12 марки РВ-200 НТ, который приклеивают эпоксидной смолой к упору 9.

Упор поджат пружиной, которая вторым концом может упираться в колодку 8 диаметром 25—30 мм. Последняя удерживается в требуемом положении С ПОМОЩЬЮ заглушки 6 с винтами 7.

Этим обеспечивается возможность быстрой установки без разбора основных плит.

С целью фиксации проводников, идущих к измерительной аппаратуре, используются зажимы 5.

Для перемещения выталкивателей используются соединенные между собой плиты 3 и 4.

5.3. КОНТРОЛЬ УСИЛИЯ ЗАПИРАНИЯ

Контроль усилия запирания имеет большое значение для обеспечения стабильных условий работы машины и формы, поэтому большую часть современных машин средней и большой мощности оснащают датчиками. На некоторых машинах помимо фиксации усилия запирания одновременно контролируют усилие раскрытия при запрессовке металла.

Приборы для измерения усилия запирания могут быть использованы для контроля и автоматического регулирования натяжения колонн. Для этих приборов используют главным образом механические, индуктивные и тензометрические датчики. Приборы контроля усилия запирания выполняют либо в виде стационарных устройств, являющихся частью конструкции запирающего механизма машины, либо в виде переносных лабораторных приспособлений, монтируемых на машине в случае необходимости. Обычно для переносных приспособлений применяют тензометрические даичики, которые наклеивают на колонны машины.

Применение приборов для контроля усилия запирания позволяет уменьшить облой по плоскости разъема, что повышает точность размеров отливок и сокращает время на очистку формы. При надежном запирании формы можно использовать более высокие скорость и давление прессования, а это повышает качество

Рис. 5.7. Устройство для контроля усилия запирания ПО «Сиблитмаш» (а) и фирмы Die Casting (США) (б):

/ — индикатор; 2 — обойма; 3 — плита; 4 — пружина; 5 — втулка; 6 — щуп; 7 — направляющие колонны; 9 — составная втулка; 10 — шпонка; 11 — бронзовая гайка; 12 — установочный кронштейн; 13 — втулка; 14 — резьбовая втулка; 15 — кронштейн; 16—18 — элементы индикатора узла

поверхности и плотность отливок. Контроль усилия запирания дает возможность устранить перекосы и перенапряжения отдельных элементов запирающего механизма, что увеличивает срок службы пресс-форм и машин.

Стационарные приборы механического типа. Такие приборы в СССР наиболее распространены. Их преимущества — простота и невысокая стоимость. Недостатки — невозможность использования для автоматического регулирования и графической записи, относительно низкая точность.

На рис. 5.7, а показана конструкция механического устройства для изменения усилия запирания, применяемого на машинах ПО «Сиблитмаш». Устройство вставляют в ступенчатые отверстия каждой из четырех направляющих колонн машин. Индикатор 1 с. ценой деления 0,01 мм крепят к проушине втулки таким образом, чтобы его мерительный штифт упирался в стержень 6. Индикатор ставят в нулевое исходное положение вращением обоймы при отсутствии растягивающих напряжений в колонне, т. е. при раскрытой пресс-форме. Стержень 6 через втулку и пружину постоянно прижат к торцу отверстия в колонне через стальной шарик. После закрытия пресс-формы и возникновения в колонне растягивающих напряжений индикатор 1 покажет деформацию А участка L, являющегося базой измерения. Усилие Р, воспринимаемое колонной, определяют по формуле

p=*Lef,

где Е —- модуль упругости материала колонны; F — площадь поперечного сечения колонны.

Измеряя ДL и Р, можно протарировать шкалу прибора, если же такой шкалы нет, то на плите машины должен Находиться тарировочный график перевода делений индикатора в усилие.

Стационарные приборы с датчиками индуктивного типа (рис. 5.7, б) устанавливают на зарубежных машинах, а также на некоторых машинах ПО «Сиблитмаш» в каждой направляющей колонне. Деформации измеряют индуктивным датчиком. Основными элементами датчика являются электромагнитные катушки, а также якорь. Щуп постоянно прижат к торцу стержня, вставленного в глубокое отверстие колонны. При перемещении щупа 6 под влиянием деформации колонны изменяется индуктивность системы, так как изменяется положение якоря относительно катушек. Электрические сигналы поступают на индикаторный прибор, находящийся на панели шкафа электроавтоматики или на рабочем пульте машины. Прибор предусматривает блокировку, а также звуковую или световую сигнализацию, срабатывающую при недопустимых отклонениях от требуемой настройки механизма запирания пресс-формы. Дальнейшим шагом совершенствования машин является создание автоматических самонастраивающихся конструкций запирающих механизмов.

Стационарные приборы с тензометр ическими датчиками. Такими приборами' комплектуют современные машины фирмы Wotan (ФРГ). Конструкция прибора предусматривает монтаж группы тензодатчиков на каждой из четырех колонн.

Тензодатчики вставляют в пазы колонн и заливают эпоксидной смолой, в которой укрепляют штеккеры для выводов. Тензодатчики, включенные по мостовой ехеме, соединены е усилителем

и источником питания. Растяжение каждой колонны фиксируется отдельным стрелочным индикатором. Дополнительно к четырем индикаторам (по числу колонн) на панели установлен пятый прибор, на    котором отмечается

суммарное усилие запирания. При возникновении перегрузки подается световой или звуковой сигнал

На некоторых машинах фирмы Bühler (Швейцария) предупредительный сигнал используется для автоматической подиалад-ки    путем затяжки гаек

на    колоннах. Принцип

действия системы автоматического регулирования усилия запирания Р_8ап в зависимости от величины удлинения ДL колонн показан на рис. 5.8. В соответствии с изменением усилия запирания Р_зап изменяется диаграмма изменения давления р_аап в гидроцилиндре шарнирнорычажного механизма. Максимальные значения регистрируются и записываются электронным прибором, а затем сравниваются с предварительно    выбранными    эталонными    значениями. Запрессовка    происходит    только    при    нормальном    натяге колонн.

Применение приборов для контроля усилия запирания позволяет сделать следующее:

уменьшить облой по плоскости разъема и за счет этого повысить точность отливок, уменьшить трудоемкость зачистных работ, улучшить условия техники безопасности;

повысить плотность и чистоту поверхности отливки благодаря возможности использования более высоких скоростей и давлений прессования без выброса металла через плоскость разъема формы;

повысить срок службы машин благодаря устранению перекоеов и перенапряжений отдельных элементов, механизма запирания;

уменьшить возможность поломки и повышенного износа деталей пресс-формы и машины из-за перекосов подвижной плиты и формы;

усовершенствовать систему управления участком или цехом путем установки регистрирующих приборов на центральном диспетчерском пункте для централизованного управления.

При использовании дополнительных узлов можно контролировать уеилие запирания, число рабочих запрессовок в час, продолжительность простоев, момент разрегулировки машины. Последний фактор является особенно важным вследствие того, что корректировку можно осуществить заблаговременно, еще до полной разрёгулировки и получения бракованных деталей.

Помимо перечисленных выше датчиков применяют и другие. Так, может применяться пневмоструйный датчик плотности смыкания полуформ [33]. Однако в большинстве случаев эту функцию, видимо, может выполнять надежно работающий датчик полноты извлечения отливок.

5.4. КОНТРОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРЕСС-ФОРМЫ И ТЕМПА РАБОТЫ МАШИНЫ

Для контроля температуры пресс-формы применяют переносные или стационарные датчики. Переносные датчики выполняют в виде контактных термометров или оптических приборов. Стационарные датчики обычно представляют собой термопары, вмонтированные в стенку формы. Они могут соприкасаться с заливаемым сплавом. Датчики температур можно использовать для визуального контроля и автоматического регулирования теплового состояния формы путем ее охлаждения или обогрева. Иногда применяют датчики для подачи светового или звукового сигнала при повышении установленных пределов температур.

Разработана конструкция датчика температуры, предназначенного для измерения температуры поверхности формы. Последовательность изготовления термопары следующая. Сваривается спай из хромель-алюмелевой проволоки диаметром 0,5 мм. Сваренная проволока вставляется в двухканальную керамическую трубку («соломку»), которая устанавливается в керамический корпус таким образом, чтобы спай был на уровне его торца. Корпус нагревают в высокочастотной установке и паяют латунью или припоем на основе железа и марганца в соответствующими флюсами. После пайки шлифованием удаляют излишки припоя и покрывают торец корпуса слоем никеля или хрома толщиной 0,05 мм, который затем полируют.

Переносные контактные термопары. Контактные термопары обеспечивают быстрый контроль температуры поверхности формы без каких-либо дополнительных устройств. В этом преимущество контактных термопар, недостатком же является относительно невысокая точность измерения, хотя в большинстве случаев она вполне достаточна для практических целей.

Для быстрого измерения температуры формы весьма удобно применять контактный переносной термоэлектрический цифровой термометр ТТЦ-1-02 (НПО «Термоприбор», г. Львов).

Стационарные термопары, не соприкасающиеся с жидким металлом. Это наиболее практичный способ в условиях литейного цеха. Термопары можно применять для разового измерения температуры преее-форм, а также в устройствах для автоматического

Рис. 5.9. Датчики температуры пресс-формы без соприкосновения (а) и с соприкосновением (б, в) с жидким металлом:

1 — компенсационный блок; 2 — штепсельные разъемы; 3 — вставка термопары; 4 — припой; 5 — термопары; 6 — риббоновые элементы термопары; 7 — изоляционный слой; 8 — слюдяные пластины; 9 — спай; 10 — осциллограмма изменения температуры на рабочей поверхности формы за одни цикл; А — компенсирующая схема; Б н В — соответственно холодный н горячий спаи

регулирования их температуры. В обеих полуформах необходимо предусмотреть места для установки датчика температур мод. ТХК-539. Расстояние от торца термопары до формообразующей поверхности составляет 3—5 мм (рис. 5.9, а).

Если нет опасений поломки формы, можно повышать Чувствительность данного метода за счет уменьшения толщины перегородки между торцом термопары и стенкой рабочей полости пресс-формы. Если, например, довести эту толщину до 2 мм, то циклические изменения температуры будут регистрироваться с достаточно высокой точностью. Однако при этом следует обеспечить точность изготовления гнезда, чтобы исключить возможность повреждения пресс-формы. В настоящее время разработаны вполне надежные способы аргонодуговой заварки дефектов пресс-формы, благодаря чему снижается степень риска преждевременного выхода из строя всей пресс-формы.

В цеховых условиях достаточно эффективным оказалось применение малоинерционной термопары диаметром 0,5 мм. Она вставляется в еверления, не доходящие до рабочей полоети на 1 мм, благодаря чему обеспечивается довольно точная регистрация цикловых перепадов температур.

Термопары, соприкасающиеся с жидким металлом. Такие термопары применяют для измерения температуры контакта на рабочей поверхности формы. Вывод спая термопары на поверхность обеспечивает высокую точность и главным образом минимальную инерционность, что особенно важно при осциллографи-ческой записи температуры. Основным недостатком этих термопар является низкая стойкость.

Термопары, соприкасающиеся с жидким металлом, применяют для контроля параметров, а также для совмещения операции контроля и автоматического регулирования температуры пресс-форм. В установке для контроля и регулирования температуры пресе-формы, разработанной организацией 1Ь2КО (США), поверхностная термопара связана е автоматическим устройством включения начала литейного цикла, которое происходит только при охлаждении формы перед заливкой. Схема включения термопары (рис. 5.9, б, в) состоит из трех элементов: горячего спая В, который фиксируется на поверхности пресс-формы, холодного спая Б, выведенного из пресс-формы, и компенсирующего блока А. Первые два элемента монтируют постоянно в каждой форме, а компенсирующий блок, подключаемый через штепсельный разъем, является общим для всех форм. Рабочая температура штепсельных разъемов не должна превышать 150 °С. В качестве датчика использована хромоникелевая термопара с минимальной толщиной изоляции, заключенной в трубочку диаметром 1 мм. На рабочей поверхности формы торец термопары шлифуют вместе со вставкой, образуя спай. Термопары диаметром более 1 мм обладают повышенной инерционностью (1 с и более).

Для монтажа термопары можно использовать обоймы и неподвижные стержни. При отсутствии стержня в форму монтируют специальную вставку. В качестве таких вставок применяют выталкивающие штифты. Для запайки термопар используют припой порошкообразный, который запрессовывается вместе с термопарой в отверстие вставки. Затем вставки нагревают в печи в среде аргона при 1050 °С в течение 5—15 мин и быстро охлаждают в среде аргона.

На рис. 5.9, в показана конструкция поверхностного датчика температуры с использованием серийной «риббоновой» термопары фирмы №птас (США). Термопара имеет очень малую инерционность (менее 10 мс) благодаря применению ленточных элементов толщиной 0,025 мм. Каждый элемент покрыт слоем изоляции толщиной 0,005 мм. Термопара находится в корпусе из того же материала, что и форма. После установки корпуса его шлифуют заподлицо с рабочей поверхностью формы. В процессе шлифования торцы риббоновых элементов соединяются между собой, образуя малоинерционный спай.

ЩбУб
! Ф

Рис. 5.10. Схема измерения температуры металла в оформляющей полости ра-вовнми термопарами:

/ — термопара; 2 — подвижная полуформа; 3 — прокладка; 4 — неподвижная полу-форма

Разовые термопары, соприкасающиеся с жидким металлом.

Методика измерения температуры металла в полости пресс-формы рассмотрена в работе [34]. Ввод разовых термопар в пресс-форму не должен нарушать нормального функционирования пресс-формы. Наиболее пригоден для этой цели способ размещения термопар в специальной прокладке, устанавливаемой в плоскости разъема. Такой способ рекомендуется при проведении исследовательских работ и освоении новых отливок. Для оперативного контроля он непригоден, так как установка прокладки изменяет размеры отливки. Спай либо приваривается к исследуемой поверхности вкладышей, стержней или арматуры, либо фиксируется в точках рабочей полости, заливаемых затем жидким металлом. Другие концы термопар соединяют через компенсационную схему с осциллографом. Прокладку толщиной 1—1,5 мм из стального, алюминиевого или латунного листа (рис. 5.10 и 5.11) надевают на направляющие колонки формы по плоскости разъема. В центре пластины вырубают окно размером на 1—2 мм больше, чем размеры оформляющей полости формы. Затем разрезают одну из перемычек от края рамы до центра окна. Рамку слегка разжимают и в образующийся зазор закладывают термоэлектронную проволоку диаметром 0,1—-0,2 мм во фторопластовой изоляции. Если требуется дополнительное крепление термоэлектродной проволоки, то в рамке сверлят отверстия, через которые продевают медную «голую» проволоку.

Вводимые в рабочую полость тонкие малоинерционные термопары можно подключать к 10—15 точкам отливки и рабочей полости. Это позволяет определять температуру металла и температурное поле стержней или армирующих элементов, омываемых жидким металлом. Кривые изменения температуры, построенные по осциллографическим записям показаний термопар системы отливка—арматура в точке А (на рабочей поверхности), точке Б (на расстоянии 2,5 мм от поверхности арматуры) и точке В (в центре арматуры), приведены на рис. 5.11. Арматуру из электротехнической стали заливали сплавом АЛ2в холодной форме. Температура заливки сплава 630—640 °С. Кривые Л, Б, В получены для отливки толщиной 6_0тл = 10 мм, а кривые А', Б', В’ — для 8_отл = 4 мм. Горизонтальный участок кривых Л и Л' соответствует периоду затвердевания отливки. Осциллограммы изменения температуры металла и арматуры позволяют при освоении новой формы установить необходимое время выдержки отливки до ее удаления.

Описанную методику применяют преимущественно при отладке технологических процессов и исследованиях температурных режимов промышленных пресс-форм.

Контроль темпа и ритма работы машии. Темп работы машины ЛПД, т. е. число литейных циклов в единицу времени, определяет, в частности, тепловые условия формирования отливки и тепловую нагрузку формы. Темп работы задают в технологической карте продолжительностью одного цикла литья. Несоблюдение этого параметра приводит к отклонению качества отливки от заданного. Стабильный ритм работы машины способствует стабильности качества отливок и улучшает условия эксплуатации оборудования.

Обычно контроль темпа и ритма работы машин осуществляется одновременно самопишущими приборами или другими устройствами. Приборы могут быть либо стационарными, обслуживающими одну или несколько машин, либо нестационарными. Последние чаще всего входят в состав измерительных комплексов. Контроль может быть совмещен с записью какого-либо технологического параметра процесса. Например, прибор для измерения и записи средней скорости прессования фиксирует на ленте самописца ординаты средней скорости и продолжительность каждого литейного цикла. Измерение ритма в производственных условиях показало, что его отклонение от заданных величин влияет на скорость прессования даже при одном и том же положении вентиля подачи рабочей жидкости в цилиндр прессования.

Один из приборов контроля и записи ритма создан на базе стандартного самописца ЭПП-06, в схему которого введены электромагниты, срабатывающие при подаче импульса от каждой машины. Импульсы подают от электромагнитных реле, включаемых в момент начала перемещения прессующего поршня. На ленте прибора записываются одновременно показания от шести-восьми машин. При скорости движения ленты 60-мм/ч для записи показаний в течение одной смены требуется около 0,5 м ленты. Данные контроля темпа и ритма работы группы машин помогают технологу выявить причины брака отливок и вовремя внести коррективы в технологические режимы.

5.5. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ

Датчики для контроля различных технологических режимов ЛПД могут являться частью общей измерительной системы. Сигналы от датчиков поступают, как правило, на комплекс приборов. Поэтому наиболее целесообразно объединять датчики и регистрирующие приборы в общий контрольно-измерительный комплекс (КИК), в котором отдельные узлы выполняют самостоятельные функции. Составными частями КИК являются: чувствительные элементы, датчики, усилители или преобразователи сигналов от датчиков, компенсационные схемы, регистрирующие приборы, а в случае автоматизации е обратной связью — программный вычислительный механизм.

Можно выделить следующие группы КИК: стационарные цеховые (условно-стационарные), передвижные цеховые, передвижные исследовательские, стационарные исследовательские, универсальные (для нерегулярного лабораторно-цехового обслуживания или только исследований). По типу основного прибора различают: электронно-цифровые, осциллографические, осциллоскопические, регистрирующе-перьевые (малоинерционные самописцы), комбинированные КИК. Имеются двухканальные и многоканальные КИК серийного или единичного (макетного) производств^. Некоторые КИК внедрены на заводах, другие — только в лабораториях, третьи находятся на стадии заводского внедрения.

Первый универсальный отечественный КИК промышленного и лабораторно-промышленного типов получил название ЦИКЛ (рис. 5.12)    [38]. Он предназначен для автоматизированного

сбора информации о технологических режимах литья под давлением, может работать автономно (при наладке машин, внедрении новых отливок и т. д.) или с различными устройствами. Максимальное число измеряемых параметров — десять; для расширения диапазона измерений число блоков можно увеличить. ЦИКЛ измеряет и регистрирует скорость пресс-плунжера на первой и вто-

Рис. 5.12. Схема цифрового информационного комплекса «ЦИКЛ»:

/ — блок питания; 2 — регистратор простоев мод. НЗО; 3 датчик усилия запирания МД-Т; 4 — датчик давления ДД-10; 5 — датчик перемещения и скорости; 6 — аналогово-цифровой преобразователь; 7 — термопара; 8 — транскриптор Ф5033; 9 — печатающая машина мод. ЗУМ-9; 10 — измеритель скорости прессования ИСП; 11 — шлейфовый осциллограф К-125; 12 — измеритель времени нарастания давления; 13 — цифровой вольтметр Ф204/1; 14 — блок измерения усилия запирания и регистрации простоев; 15 — дискриминатор П-15

рой фазах прессования, время нарастания давления в цилиндре прессования, усилие запирания машины, усилие выталкивания отливки, время выдержки отливки в форме, время цикла, температуры левой и правой полуформ, а также металла в раздаточной печи. Для всех режимов имеется выход на цифровое печатающее устройство, работающее в комплексе с пишущей машинкой или перфоратором. Для скоростей, времени нарастания давления, усилий запирания машины и выталкивания отливки в ЦИКЛе имеется цифровая индикация по три десятичных разряда для каждой величины.

Идеи, воплощенные в ЦИКЛе, частично были использованы в комплекте приборов ПО «Сиблитмаш». Например, им была укомплектована машина с усилием запирания 8000 кН для тонкостенных отливок. Эта и некоторые другие машины оснащены тензо-метрическими датчиками давления и натяжения колонн, фотоэлектрическими датчиками фиксации скорости прессования, датчиками температуры формы и печи. На нескольких отечественных предприятиях внедрен КИК с датчиками, показанными на рис. 5.3. Этот комплекс не предназначен для замены микропроцессорных и других электронных блоков, а используется лишь на тех предприятиях, которые эксплуатируют основной парк ранее изготовленного оборудования.

МПО «Точлитмаш» разрабатывает и изготовляет КИК мелкими сериями. На машине мод. СЭ711Б08 установлены КИК, выполняющие чисто информационную функцию. Они измеряют среднюю скорость движения пресс-плуйжера в диапазоне от 0,001 до 0,999 с, информация выдается в цифровом виде. В шкафу управления машины мод. ДУ11В08 установлены следующие КИК (индикаторы): модуль индикатора скорости; модуль индикатора времени нарастания давления; три модуля индикатора давления. Модуль индикатора скорости используется не только для информации о скорости движения пресс-плунжера, но и для регулирования скорости в зависимости от заданной программы. Информация выдается в цифровом виде. Цифровой индикатор измеряет время нарастания давления в полости гидроцилиндра в диапазоне от 0,001 до 0,999 с. Имеется возможность перестройки измерения уровней давления для регулирования времени нарастания давления. Информация выдается в цифровом и аналоговом виде; предусмотрена возможность записи светолучевым осциллографом переходного процесса и хранения информации.

В состав ряда комплексов и линий дополнительно может входить индикатор для определения величины натяжения колонн и усилия запирания с выдачей информации в аналоговом и цифровом виде, с возможностью регулирования усилия запирания в процессе работы.

Измерительный комплекс мод. «Гранит» с набором датчиков и комплектов приборов к ним [3] обеспечивает прием и преобразование сигналов датчиков, сравнение измеряемых величин с указанием величин отклонений, выдачу управляющего сигнала на остановку машины при выходе отклонений за пределы допустимых. Комплекс стыкуется с пультом управления основным и вспомогательным оборудованием «Гранит 02-03», обеспечивая функции управления работой автоматизированного комплекса и контроля технологических параметров (температура пресс-формы по шести каналам, температура металла, давление рабочей жидкости в гидросистеме, максимальное давление рабочей жидкости, время нарастания давления от заданного до максимального, усилие запирания отдельно по колоннам, усилие суммарное запирания, положение пресс-плунжера, максимальная скорость перемещения плунжера, размер пресс-остатка). КИК мод. ИС-2Т и ВНД-1 имеют одинаковые габариты и выполнены на единой элементной базе (микросхемы серии К155), что позволяет компоновать их в единой измерительной стойке и облегчает эксплуатацию и ремонт.

Комплекс, разработанный в Киевском институте автоматики, укомплектован программами измерения технологичееких режимов.

Пределы каждой фазы прессования легко можно регулировать во время производства. Каждая фаза может быть ограничена и тем самым измерена с помощью двух линий. Средняя фактическая скорость прессующего плунжера затем вычисляется на основании данных об интервалах времени и хода. Время нарастания давления машины с холодной камерой прессования измеряется по величине давления в третьей фазе подпрессовки. Когда начинаются измерения, интервалы времени обычно заменяют интервалы хода. Достигается возможность точного регулирования фазы ускоренного перемещения плунжера и подпрессовки.

После достижения оптимальных результатов кривые прессования и другие данные вносятся в память ЭВМ. При возобновлении в будущем производства данной партии отливок калибровочные кривые и другие данные запрашиваются из блока памяти ЭВМ. Оператор имеет возможность наблюдать за протеканием процесса прессования.

Цеховой КИК фирмы Biihler (Швейцария) включает шкаф, в верхней части которого помещены приборы для измерения скорости перемещения плунжера или времени заполнения формы по продолжительности подачи импульсов на заданном отрезке пути. Сигналы от этих приборов поступают на печатающее устройство для регистрации времени прессования. Нижний блок предназначен для контроля и записи давления рабочей жидкости в цилиндре прессования на базе осциллографа с использованием ультрафиолетовой бумаги, на которой без дополнительного проявления фиксируется кривая давление — время. Контроль перемещения пресс-плунжера осуществляется емкостным датчиком, который соединен с комплектом lnjectrol фирмы Biihler (Швейцария) кабелем со штепсельным разъемом. Перед началом работы производится калибровка измеряемой длины хода плунжера.

Датчик давления, так же как и датчик перемещения, установлен в рабочей полости цилиндра прессования. После присоединения датчика давления к установочному блоку на ультрафиолетовой бумажной ленте осциллографа записывается процесс запрессовки, давление и скорость. Одновременно на кривой давление— время видны две ограничительные точки, предварительно выбранные по заданной величине продолжительности запрессовки. Если комплект lnjectrol применяется в качестве неавтономного Измерительного комплекса для контроля каждой запрессовки, то при отклонении установленных по технологической карте режимов на приборе включается сигнальная лампочка для того, чтобы отливка была отложена и дополнительно проконтролирована.

Фирма Tymac Controls (США) базирует КИК на ЭВМ для обработки данных о скорости пресс-плунжера, кривой нарастания давления, ходе поршня, нагрузке на каждой колонне, температурах формы и жидкого металла и др. Одновременно обрабатываются данные о положении и срабатывании многочисленных клапанов и вентилей гидравлической системы машины. Одной из функций системы ЭВМ является автоматйческая установка нуля при разрегулировках цепей измерительных приборов.

В измерительно-регистрирующие блоки с ЭВМ поступают данные о предельно допустимых значениях. Система обеспечивает автоматическое сравнение измеренных и заданных параметров с последующей выдачей сигнала об аварии, если выявится недопустимо большое расхождение. Если на колоннах возникнут слишком большие нагрузки, то работа машины прекращается (перегрузка может явиться следствием, например, приварки отливки к одной из полуформ). При возникновении слишком толстого облоя изменяется регулировка кривой нарастания давления в механизме прессования.

Внедренный на ВАЗе КИК GS фирмы Wotan (ФРГ) служит для непосредственного измерения усилия прессования, скорости пресс-плунжера, записи графика давления. КИК CS состоит из следующих блоков приборов. Первый блок предназначен для измерения и контроля усилия запирания, устанавливаемого соответственно для каждого вида отливок. Второй блок контролирует и измеряет усилие запирания или нагрузку, действующую на каждую из четырех колонн. Для этого на каждой колонне в плоских пазах установлены тензометрические датчики, которые объединены в мост Уинстона. Электрический сигнал, пропорциональный напряжению материала колонны, отбирается на диагонали моста и подается к усилителю. Усиленный сигнал поступает в индикаторный прибор, который показывает нагрузку. Эти индикаторные приборы являются измерительными контакторами. Если измерительный контактор сигнализирует о помехе, то рабочий цикл машины прерывается. Третий блок измеряет скорость пресс-плунжера во время второй фазы, т. е. во время заполнения формы. Некоторые электронные измерительно-индикаторные приборы определяют характер кривой запрессовки. По кривой давления можно устанавливать заданное время переключения фаз, значение допрессовки. При каждой запрессовке на экране электронного индикатора настройки появляется истинное изменение кривой запрессовки. Кривая давления удерживается в запоминающем устройстве, производится перезапись каждой новой кривой, если предыдущая кривая не стиралась нажатием кнопки. Для цифрового определения времени нарастания давления в приборе включается электронное отсчетное устройство после уменьшения давления ниже нижнего предела. Счет времени прерывается, когда давление превысит заданное значение.

КИК CS используется в корпусе цветного литья КамАЗа. Он позволяет постоянно контролировать технологические режимы литья, т. е. получать отливки стабильного качества. При любом отклонении от заданных значений поступает звуковой сигнал или машина останавливается. В период освоения новых изделий КИК позволяет в короткий срок найти оптимальные технологические режимы для получения качественных отливок.

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ

ПРОЦЕССОМ

6.1. ЗАДАЧИ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

Изменение качества отлнвок связано с колебанием параметров технологического процесса. Нестабильность параметров процесса изготовления отливок приводит к появлению брака [72]. Анализ процесса литья под давлением показывает, что брак отливок появляется по двум главным причинам: либо не оптимизированы режимы литья, либо они нарушаются при изготовлении отливок.

Если режимы литья не оптимизированы, т. е. не найдены такие параметры технологического процесса, при которых качество отливок удовлетворяет предъявляемым к ним требованиям, то необходимо провести исследования, связанные с определением оптимальных режимов. Если же оптимальные режимы найдены, .а брак отливок возникает вследствие нарушения режимов литья, то это может происходить либо по вине литейщика, либо по вине оборудования. Литейщик, работающий на машине литья под давлением, не может в течение всей смены выполнять операции по изготовлению отливок в одном и том же темпе и поддерживать на заданном уровне технологические параметры. Чтобы исключить действие человеческого фактора на технологический процесс, необходимо автоматизировать ручные операции. Для стабилизации переменных параметров, зависящих от работы оборудования в условиях случайных возмущений, необходимо автоматизировать их регулирование.

Таким образом, для повышения качества отливок требуется оптимизация режимов литья, автоматическое поддержание найденных оптимальных параметров и автоматизация ручных операций, выполняемых литейщиком.

Каждое из перечисленных мероприятий является довольно сложной задачей. Так для оптимизации режимов литья необходимо иметь методику выполнения исследования, контрольноизмерительные и регистрирующие средства. Для автоматического регулирования параметров технологического процесса требуются надежные и долговечные датчики, исполнительные органы, включающие следящий привод, а также средства управления и программирования. Для автоматизации ручных операций необходимы заливочно-дозирующие устройства, промышленные роботы или манипуляторы, автоматические устройства для смазывания пресс-формы,и элементов пресс-группы, устройства для охлаждения отливки, и контроля полноты извлечения отливки из пресс-формы.

Решение поставленных задач позволяет существенно снизить брак отливок. Однако при работе оборудования в автоматическом режиме по жесткой программе возможны внешние возмущения (пополнение расплавом раздаточной печи, подлив расплава в зазор между пресс-поршнем и наполнительным стаканом и др.), нарушающие оптимальные режимы литья и приводящие к браку. Для нормального хода технологического процесса необходимы контроль качества отливок н корректирование режимов литья. Эти функции обычно выполняет оператор, обслуживающий автоматизированную систему литья под давлением. Он фактически поддерживает обратную связь между входными и выходными параметрами технологического процесса.

Чтобы автоматизировать операции контроля качества отлнвок и корректирование режимов литья, необходимо разработать средства контроля показателей качества отливок, создать математическую модель, связывающую показатели качества отливки с переменными параметрами технологического процесса, разработать алгоритм управления процессом литья и реализовать этот алгоритм на каком-либо управляющем устройстве. Обычно в качестве управляющего устройства используют ЭВМ. Такие автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУТП) получают все большее распространение как в нашей стране, так и за рубежом.

Таким образом, для создания АСУТП литья под давлением требуется решить комплекс задач: оптимизировать режимы литья, разработать автоматические регуляторы параметров, автоматизировать ручные операции, автоматизировать контрольные операции, разработать математические модели процесса и алгоритмы управления процессом. Решение трех первых задач позволяет автоматизировать производство отливок по жесткой программе и добиться снижения брака отливок. Для получения отливок с максимально высокими свойствами необходимо организовать оптимальное управление технологическим процессом, т. е. с первыми тремя задачами требуется решить еще три, связанные с контролем качества изготовленных отливок и созданием алгоритмического и программного обеспечения для управления процессом.

Вопросы автоматизации контроля качества отливок исследованы недостаточно и требуют глубокого изучения в целях создания технических средств.

Созданию математических моделей процесса литья под давлением посвящеи целый ряд работ [28, 48, 55, 63]. Сложность адекватного описания технологического процесса состоит в многообразии переменных параметров и случайных возмущений, возникающих при изготовлении отливок. Для описания процесс^ литья под давлением могут быть использованы детерминированные и стохастические математические модели. Детерминированная модель соответствует определенным СВЯЗЯМ ВХОДНЫХ И выходных параметров процесса. Стохастические модели используют в случае неполной определенности связей переменных параметров и показателей качества отливок, но которые можно оценить статистически.

Детерминированные математические модели обычно применяют для качественного изучения процесса литья под давлением. Для управления технологическим процессом их не применяют из-за недостаточной адекватности описания этого процесса.

Стохастические математические модели учитывают сложные связи переменных параметров и показателей качества отливок. Их получают обычно путем обработки статистических данных методами корреляционного и регрессионного анализов. Эти модели носят частный характер и могут быть использованы для оптимизации режимов литья отливки, при изготовлении которой были получены статистические данные.

Наибольшее распространение для получения стохастических математических моделей получили методы пассивного и активного экспериментов, используемые в работах И. И. Прохорова, Р. М. Калиша, Н. Ф. Мухаметжанова и других исследователей.

Для управления технологическим процессом литья под давлением можно также использовать математическое обеспечение, полученное на основе методов распознавания образов для выбора решений [48].

6.2. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ

Одной из главных задач организации автоматизированного управления технологическим процессом является оптимизация технологических режимов. Для определения оптимальных режимов литья под давлением проводят серии экспериментов, на основе которых устанавливают связи переменных параметров и показателей качества отливок. Обычно это довольно длительный и трудоемкий процесс, включающий большое число экспериментов. Сократить число экспериментов и получить математическую модель позволяет планирование эксперимента. Основы метода изложены в трудах В. В. Налимова, В.Т. Горского, Ю. П. Адлера и др.

Планирование эксперимента. При планировании эксперимента используют методы пассивного и активного экспериментов.

Метод пассивного эксперимента является традиционным. Он заключается в том, что ставится большая серия опытов с поочередным варьированием каждой переменной. К методу пассивного эксперимента относится также сбор статистических данных в режиме нормальной эксплуатации машины литья под давлением.

При освоении изготовления новых отливок оптимизация режимов осуществляется обычно путем варьирования наиболее важными параметрами и регистрации полученного качества отливок.

В зависимости от сложности отливки определение оптимальных режимов лщья может продолжаться несколько месяцев.

Сбор статистических данных о параметрах и качестве отливок в режиме нормальной эксплуатации машин литья под давлением и последующая обработка полученных результатов методами регрессионного и корреляционного анализов позволяют сократить сроки оптимизации режимов литья. Однако число опытов при проведении пассивного эксперимента достаточно велико. Сократить их число, а, следовательно, и быстрее установить связь между переменными параметрами литейного процесса и показателями качества отливок позволяет метод активного эксперимента, который проводится по заранее составленному плану. Этот метод предусматривает одновременное изменение всех переменных параметров, влияющих на качество отливки.

Оптимизация режимов литья под давлением с помощью планируемого эксперимента включает следующие этапы: выбор показателей качества отливок и переменных параметров технологического процесса, планирование и проведение эксперимента, обработка результатов эксперимента и получение математических моделей, связывающих показатели качества отливок с переменными параметрами технологического процесса, оптимизация режимов литья, т. е. нахождение оптимальных переменных параметров ,для удовлетворения требований к качеству отливок.

Выбор показателей качества отливок и переменных параметров технологического процесса. Для установления связи показателей качества отливки и переменных параметров технологического процесса по результатам экспериментов, выполненных по методам пассивного или активного эксперимента, получают математическую модель, которая может быть представлена в следующем виде:

У / (*Ц> х%, ..., х&),

где У — показатель качества отливки; х — переменный параметр технологического процесса.

При литье под давлением показателями качества отливки обычно являются плотность материала, чистота поверхности, наличие трещин, герметичность, механические свойства. Переменными параметрами технологического процесса чаще всего являются скорость прессующего поршня, давление рабочей жидкости в приводе, температура заливаемого сплава, температура пресс-формы, время выдержки отливки в пресс-форме. При использовании метода активного эксперимента число показателей качества обычно не лимитируется, так как от него не зависит число опытов. Число переменных параметров целесообразно ограничивать из-за сложности реализации многофакторных экспериментов и обработки результатов. Как показывает практика, число показателей качества и переменных параметров технологического процесса редко превышает пять наименований.

Общими требованиями как к показателям качества отливок, так и к переменным параметрам являются их измеряемость и числовая оценка. Диапазоны изменения переменных параметров ограничиваются обычно техническими возможностями машин литья под давлением, типом сплава, имеющимися рекомендациями или опытом технолога. Так, скорость прессующего поршня и давление рабочей жидкости в приводе определяются техническими характеристиками конкретной машины. Большая часть машин литья под давлением, работающих в нашей стране, могут развивать скорость прессующего поршня 0,1—2,5 м/с, давление рабочей жидкости в приводе составляет 0,06—0,3 Па.

Температура заливаемого сплава зависит от типа сплава, а температура пресс-формы — от толщины стенки отливки и типа заливаемого сплава.

Планирование активного эксперимента. Планирование активного эксперимента — это проведение опытов по некоторому заранее составленному плану, отвечающему определенным требованиям. При небольшом числе переменных параметров (до пяти) для исследования используют полный факторный эксперимент, Число опытов при полном факторном эксперименте N = I^, где <7 — число уровней переменных параметров; / — число переменных параметров.

Если в эксперименте переменные параметры изменяются только на двух уровнях, т. е. <7 = 2, и при этом осуществляются все возможные комбинации самих переменных, то проведение опытов по такому плану носит название полного факторного эксперимента типа 2Л Если же переменные параметры варьируются на трех уровнях, то мы имеем полный факторный эксперимент типа З¹.

Для эксперимента типа 2¹ при трех переменных параметрах число опытов N = 2³ = 8, при четырех N = 2* = 16, при пяти N = 2⁵ — 32. Для эксперимента типа З¹ число опытов для того же числа переменных параметров будет соответственно N = З³ = 27, Л7 = З⁴ = 81 и У = З⁶ = 243.

Учитывая необходимость проведения повторных опытов (от 3 до 10 раз в зависимости от стабильности значений переменных параметров), общее число опытов становится достаточно большим. Умножив эти числа на время проведения одного опыта, можно определить время проведения всего эксперимента.

План эксперимента записывается в виде матрицы планирования. Для каждого опыта указываются уровни переменных параметров. Обозначим переменный параметр через хгде / = 1,2, ..., к — число переменных параметров. Тогда х_} тах, X] _т1„ и х_} осн — соответсвенно верхний, нижний и основной уровни переменного параметра; Ах_} — интервал варьирования.

Основной уровень переменного параметра определяется полусуммой верхнего и нижнего уровней;

X] осн ⁼ (X) шзх "Ь X] т1п)/2.

Номер	Переменные параметры						Покаеатели качества отливки
опыта
	*г	х*	ь	X,	Хг	Ха	у.	У а		Уп
1 2 3 4 5 6 7 8				+1 +1 +1 +1	+ 1 + 1 + 1 + 1	+ '1 + 1 + 1 + 1

Интервал варьирования переменных параметров находят как полуразность верхнего и нижнего уровней:

Ах^ = (x^ _шах X] шш)/2-

Для перевода переменных параметров из натурального масштаба в безразмерную форму используют выражение

X) — (Х]    X] осн)/АХ].    (6-1)

В безразмерной форме верхний уровень переменного параметра равен +1, нижний уровень —1, основной уровень 0. Тогда для эксперимента типа 2³, т. е. для трех переменных параметров, изменяющихся на двух уровнях, будем иметь матрицу планирования экспериментов, представленную в табл. 6.1.

Число показателей качества отливки может быть любым, так как оно не влияет на число опытов, а связано с обработкой результатов эксперимента. Чем больше число показателей качества, тем больше времени нужно затратить на определение их значений.

Проведение планируемого эксперимента. Прежде чем приступить к проведению опытов по составленной матрице планирования эксперимента, необходимо установить время выполнения одного опыта, число повторений каждого опыта, последовательность выполнения опытов, а также определить способ маркировки отливок. Необходимо уметь изменять переменные параметры технологического процесса в соответствии с принятыми значениями уровней и иметь средства для их контроля. При проведении опытов варьируемые и неварьируемые параметры не должны отклоняться от установленных значений.

Планируемый эксперимент следует проводить в один день на одной и той же плавке металла, на одной и той же машине, на одной и той же пресс-форме, используя один и тот же смазывающий материал. Число повторений опытов зависит от стабильности установленных переменных параметров. Чем выше стабильность, тем меньше требуется повторений. Как показывает практика, для литья под давлением число повторений может изменяться от 3. до ность подогрева составляет 2 ч. В процессе эксплуатации оптимальная температура форм достигается при использовании водяного охлаждения с автоматическим регулированием расхода. Решение проблем ускоренной пересмены является комплексным, включает совокупность транспортно-подъемных устройств, механизмов извлечения колонн для особо крупных пресс-форм, быстрого подключения всех коммуникаций, системы быстрой установки новых технологических режимов. Внедрение комплекса мероприятий по быстрой пересмене позволило одной из японских фирм сократить простои машины е 2,5 ч до 30 мин. В итоге можно сделать вывод, что внедрение комплекса мероприятий по автоматизированной пересмене форм дает значительные технико-экономические преимущества в части обеспечения гибкости производства, уменьшения простоев оборудования, улучшения условий техники безопасности.

9.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕХОВ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Вопросы проектирования цехов литья под давлением охватывают весьма обширную и важную область производства, которую в настоящей работе можно рассмотреть лишь частично. Ниже описаны некоторые отечественные и зарубежные цехи с типичными проектными решениями.

Цехи массового производства небольшой номенклатуры алюминиевых отливок. Литейный цех Уфимского моторостроительного ПО, описанный в работе [44], рассчитан на выпуск в год около 20 тыс. т алюминиевых отливок литьем под давлением и в кокиль. Литьем под давлением получают тринадцать наименований деталей и литьем в кокиль — четыре. В цехе установлены машины ЛПД фирмы Wotan (ФРГ) мод. ДМКН-2000 (14 шт.), мод. ДМКН-1100 (И шт.), мод. ДМКН-900 (8 шт.) и мод. ДМКН-700 (3 шт.), а также машины фирмы Vihorlat Snina (ЧССР) мод. СОО-400/36 (И шт.) и мод. СОО-250/16 (1 шт.), 10 полуавтоматических кокильных установок мод. ФМ-1 фирмы Fata (Италия) для литья поршней и 16 кокильных станков для литья блоков цилиндров.

Цех представляет собой одноэтажное шестипролетное (по 24 м) здание прямоугольной формы с размерами в плане 81 х144 м (рис. 9.9). Административно-бытовой корпус площадью 85 тыс. м² размещен отдельно от цеха и связан с ним двумя подземными галереями. Общая площадь цеха 40 500 м², в том числе производственная 18 500 м². Цех оснащен 12 мостовыми кранами грузоподъемностью 1,0—20,0 т и 14 монорельсами.

Шихтовые материалы разгружаются из железнодорожных вагонов и укладываются в штабели на пол шихтового участка отделения первого цеха. Возврат собственного производства (литники, промывники) из отделений обрубки отливок блока цилиндров 4

Рис. 9.9. Сжема цеиа по производству средни® и крупны® отливо®

и обрубки остальных отливок 5 должен проваливаться через окна в нижней траверсе прессов на склизы и поступать на пластинчатый конвейер подвального помещения с последующим выходом в плавильное отделение. С пластинчатого конвейера через управляемый двухрядный загрузочный лоток возврат направляется в контейнер весового устройства. После заполнения контейнер с возвратом взвешивается, а затем подается на расположенный рядом склад. Расход свежих шихтовых материалов при плавке составляет 60%, остальное — возврат. В цехе используются два сплава: AJ132 — для литья под давлением (отделение 2), AJI30 — для литья в кокиль (отделение 3).

Применение сплава AJ132 позволило получить отливки с повышенной герметичностью, которая проверяется в отделении контроля 6. Кроме того, в связи с применением этого сплава для остальной номенклатуры отливок отпала необходимость в термообработке. Производство отливок поршней сосредоточено в отделении 3 ив потоке с полным циклом производства, исключающим смешивание сплавов.

Плавильное отделение 1 оснащено восемью индукционными печами (вместимость 6 т) промышленной частоты мод. ИАТ-6М2 для приготовления сплава AJ132, печами мод. ИАТ-2 и 5М1 — для приготовления сплава AJ130. Для контроля химического состава пробы из плавильного отделения доставляют в экспресс-лабораторию цеха пневмопочтой. Контроль осуществляется на спектрографе ДФС-10.

Каждая пара плавильных печей обслуживается наклонным электромиксером вместимостью 5,5 т. Сплав из плавильной печи в миксер переливается по специальному желобу. После выстаивания в миксере расплав при температуре 740—750 °С переливается в подогретый до 400—450 °С поворотный ковш вместимостью 400 кг, установленный на электропогрузчике ЭМ-202, который транспортирует металл и разливает его по раздаточным яечам. Комплексное рафинирование сплава проводится в ковше при температуре сплава 720—730 °С таблетками гексахлорэтана и порошковым флюсом МХЗ. В описываемом цехе создан автоматический робототехнический комплекс. В его состав входят: машина мод. СЬ00-400/36, дозатор мод. МДН-6А, промышленный робот «Циклон-бг с устройством циклового программного управления УЦМ-30, система автоматического смазывания пресс-формы и пресс-поршня, пресс мод. К13004 для обрубки литниковой системы. Обрубной пресс с механизированным лотком принимает обрубленную отливку и сбрасывает ее в тару. Между прессом и машиной расположен робот с поворотной рукой, на одном конце которой находится захват для съема отливки и укладки ее в пресс, а на другом — форсунки смазывающей системы. Схема управления комплексом позволяет отливать детали как с участием робота, так и без него (при отладке формы или ее разогреве). Возможно также управление роботом и смазывающей системой с центрального пульта управления.

Для смазывания формы применяют устройство с автоматическими форсунками, вводящимися роботом между полуформами. В этом случае порядок работы комплекса следующий: при поступлении команды с УЦМ-30 приводится в действие система автоматического смазывания формы; после получения ответа об окончании смазывания командой с УЦМ-30 начинается цикл работы машины мод. СЬ0О-40О/36, в который входит автоматический цикл работы дозатора мод. МДН-6А. После окончания запрессовки металла и получения ответа об открытии формы командами с УЦМ-30 управляется робот, который производит захват отливки, ее съем с пресс-формы, вынос из разъема пресс-формы и укладку в пресс. При повороте руки робота от литейной машины системой проходных концевых выключателей контролируются наличие отливки в схзате руки и ее целостность, При возврате пресс-поршня в исходное положение приводится в действие его смазывающая система.

В цехе работает свыше 50 дозирующих установок типа МДН. Общий экономический эффект от их использования составил более 1 млн. руб. в год благодаря уменьшению безвозвратных потерь металла, расхода электроэнергии, вспомогательных материалов, запасных частей, общей трудоемкости и повышению производительности труда. Затраты при внедрении установок типа МДН взамен ручной заливки увеличиваются, а при замене ковшовых дозаторов уменьшаются.

В цехе предусмотрен участок для заварки дефектов отливок 7. Имеется участок ремонта пресс-форм и их складирования.

По дацным В. В. Бузанова [17], в корпусе цветного литья КамАЗа предусмотрено изготовление отливок 80 наименований (средняя масса 0,64 кг, максимальная 7,2 кг) из сплава АЛ4 с годовой,производительностью 13,5 тыс. т. Характерная особенность этого производства — использование АК, частично рассмотренных выше. Они включают раздаточную печь, ковшовый дозатор, машину с усилием запирания 11 ООО, 7000 или 4000 кН; манипулятор для извлечения отливок из полости формы и подачи ее в бак с водой, пластинчатый конвейер для подачи отливок к гидропрессу усилием 300 кН, предназначенному для обрезки облоя и литниковой системы, устройство для автоматического смазывания формы и пресс-поршня; контактное устройство для контроля за извлечением отливки из полости формы, шкафы управления.

Для обеспечения надежности работы комплекса в автоматическом режиме и постоянства технологических параметров каждый АК снабжен электронной измерительной системой, которая контролирует все технологические режимы изготовления отливок.

Заливка металла из раздаточной печи в камеру прессования осуществляется механическим дозатором. Набор металла ведется через нижнее отверстие в ковше из глубины ванны, поэтому оксидные плены и шлаковые включения, находящиеся на поверхности металла, не попадают в раздаточный ковш.

Обрезка литников и облоя на стыке стержней ведется в штампе на гидропрессе. Загрузка осуществляется рабочим, а выгрузка отливок и скрапа автоматизирована: скрап по ленточному конвейеру, расположенному под полом цеха, поступает непосредственно к плавильным печам, а отливки — в сборную тару. Остатки заусенцев и облоя удаляются в дробеметных камерах и барабанах. Это позволяет ликвидировать участок ручной зачистки отливок.

Высокая производительность труда достигается за счет непрерывности технологического цикла, высокая эффективность производства — благодаря применению усовершенствованной системы управления (с использованием ЭВМ), планирования и организации производства.

Отличительная особенность цветно-литейного цеха цветного литья Алтайского моторного завода — стопроцентная механизированная заливка машин ЛПД с помощью пневматических дозаторов. Это еще одно убедительное доказательство многообразия равноценных инженерных решений одной и той же проблемы дозирования при ЛПД. По данным В. И. Душаткина и других авторов, в цехе используется только отечественное оборудование и прогрессивная технология. Основное оборудование находится на втором этаже цеха, вспомогательное — на первом. Комплексная механизация и автоматизация производственных процессов предусмотрена на всех этапах — от поступления шихтовых материалов до подачи готовых отливок на склад. Комплексная механизация заливки решена на основе АК литья в кокиль и под давлением. В цехе работает 100 таких АК. Такой АК состоит из автоматизированной кокильной машины или машины литья под давлением с дозатором, обрубным прессом и транспортными устройствами. Автоматизированы сборка и разборка частей кокиля или форм, заливка расплавленного металла дозаторами, выдержка его при кристаллизации, съем отливок, их транспортирование.

Машины оснащены механизмами для автоматизации внемашин-ных операций. Все машины укомплектованы специальными прессами для обрубки облоя и литниковой системы. Все машины работают синхронно с автоматическими дозирующими установками мод. Д-250, Д-630. Модернизированные автоматические дозирующие установки выгодно отличаются от известных отечественных и зарубежных, в частности жидкий металл из ванн дозатора подается в форму по специально футерованному металлопроводу (вместо чугунного), при этом его стойкость выше в 30—35 раз; исключена необходимость дополнительного нагрева из-за низкой теплопроводности материала; усовершенствована принципиальная пневмосхема с авторегулироваиием дозы, что существенно повышает ее точность (до 3%); автоматические электронные приборы (типа КСП) регулирования температуры жидкого металла в дозаторе позволяют стабилизировать режим заливки формы.

Загрузка шихтовых материалов в плавильные печи полностью механизирована с помощью грузоподъемных механизмов и приводных роликовых конвейеров. Металл плавят в индукционных печах промышленной частоты мод. ИАТ-2,5 с автоматическим контролем и управлением от электронной аппаратуры типа АРИР, КСП. Жидкий металл транспортируется на участок заливки мостовыми кранами и подается в дозаторы.

По данным Е. И. Макарова и других авторов работы 14], на заводе тормозной аппаратуры ПО ЗИЛ в г. Рославле построен цех, предназначенный для обеспечения заводов ЗИЛ и КамАЗ фасонными отливками узлов тормозной аппаратуры. К отливкам предъявляют повышенные требования по размерной точности и герметичности (их испытывают под давлением 0,78—2,16 МПа). Здание цеха одноэтажное, его площадь 17 070 м². Два поперечных пролета шириной 24 и длиной 96 м каждый заняты складом шихты и плавильным отделением (высота пролетов до подкрановых путей 11,5 м, до низа ферм 14,4 м). В четырех продольных пролетах размером 132,5 х24 м каждый размещены остальные производственные и вспомогательные отделения (высота пролетов до подкрановых путей 8,15 м, до низа ферм 10,8 м).

Система возврата отходов собственного производства из очистного отделения на склад шихты размещена в тоннеле на глубине 4 м, помещение для конденсаторных батарей плавильных печей размещено на глубине 5,2 м. Помещение для распределительных подстанций и силовых трансформаторов (кроме печных для пла-

Рис. 9.10. Схема цеха по производству мелких отливов

вильного оборудования), приточных вентиляционных систем, бытовые помещения примыкают к цеху по всей его длине.

В основу организации производства положено максимально возможное применение поточных линий плавки, разливки металла, литья под давлением, очистки отливок с применением транспортных средств и систем, обеспечивающих бесперевалочную подачу отливок в единой таре на все технологические процессы как внутри цеха, так и к потребителям. Например, отливки от литейных машин в очистное отделение, на термический участок, на склад готовой продукции, в цех механообработки и на участки пропитки и гидроиспытаний транспортируются в единой таре размером 840 х640 х500 мм.

В цехе предусмотрено производство отливок из двух сплавов: алюминиевого сплава АК13 и из цинкового сплава ЦАМ4-1. В цех шихта подается в виде чушек автотранспортом. Затем чушки в таре подаются электропогрузчиками в специальные ячейки стеллажей / (рис. 9.10). На складе шихты расположены два стеллажа для чушек. Каждый склад оборудован одним опорным краном-штабелером 2 с телескопической колонной, вилочным захватом и кабиной управления. Алюминиевые отходы поступают на склад шихты из очистного отделения с помощью системы пластинчатых конвейеров 22, затем эти отходы прокаливают при 350 °С в агрегате прокалки 23 и загружают в тару. Цинковые отходы собирают пластинчатым конвейером в очистном отделении, перегружают в тару и электропогрузчиком транспортируют на склад шихты.

В плавильном отделении установлено пять индукционных тигельных печей 21 ИАТ-6М2 вместимостью 6 т для плавки сплава

АК13 и две печи 18 ИАТ-1/0,4МЗ вместимостью 2,5 т для плавки сплава ЦАМ4-1. Со складов шихта в таре подается электропогрузчиками в плавильное отделение к загрузочным устройствам 7, расположенным у каждой печи. Грузоподъемное устройство — это лоток с вибратором, подвешенным на двух электроталях, передвигающихся по монорельсу. При подъеме, опускании и передвижении в зоне загрузки электротали работают синхронно, а в зоне загрузки (около печей) — раздельно, что необходимо для перехода лотка при его разгрузке из вертикального в наклонное положение. При необходимости включается вибратор лотка. Загрузка тары с шихтой производится электропогрузчиком на отметке пола в нижнем положении лотка. Загрузочное устройство управляется оператором с печной площадки с помощью подвесной кнопочной станции.

Для сокращения ремонтного цикла и увеличения производительности плавильных печей в плавильном отделении установлены два стенда 19 для ремонта печей ИАТ-6М2 и один стенд 20 для ремонта печей ИАТ-1/0.4МЗ. Для транспортирования печи ИАТ-6М2 на стенд предусмотрен мостовой кран 3 грузоподъемностью 294/49 кН. Съем печи для ремонта и установка подготовленной для плавки отремонтированной печи занимает ~4 ч.

Сплав АК13 рафинируют жидким флюсом, приготовленным в флюсоплавильных установках 17, а сплав ЦАМ4-1 — хлористым цинком в ковшах. Жидкие сплавы от электропечей в отделении ЛПД транспортируют к литейным машинам в ковшах вместимостью 500 кг с помощью электропогрузчиков, снабженных механизмами подъема, съема и поворота ковша.

В цехе установлено 77 машин 4, в том числе с холодной камерой прессования: машины фирмы Jdra (Италия) — мод. OL-180-12 (3 шт.), мод. OL-280-13 (15 шт.), мод. OL-380-14 (7 шт.), мод. ÖL-700-15 (7 шт.) — и машины фирмы Vihorlat Snina (ЧССР) мод. CL00-160/16-16 (3 шт.), мод. CL00-250/25-17 (4 шт.), мод. CL00-400/36-18 (3 шт.). Предусмотрено использование двух машин мод. OL/Z-60A-19 и пяти машин мод. CLT-160/10-20 с горячей камерой прессования.

Все машины фирмы Jdra (Италия) снабжены механизмом фирмы Rimrock для автоматического смазывания форм и механизмом фирмы Acheson для смазывания пресс-поршня. Они имеют также аппаратуру для нагрева и регулирования температуры форм и масла в машинах. При изготовлении отливок из алюминиевого сплава используют состав из 80% масла «Вапор» и 20% серебристого графита; при изготовлении отливок из цинкового сплава — машинное масло № 3 (нанесение через 2—3 запрессовки). Машины с усилием запирания 6,86 МН снабжены устройством для извлечения отливки из формы и укладывания ее в тару. Машины с усилием запирания 3,92 и 6,86 МН устанавливают вместе с автоматическими дозирующими установками мод. Д-250 вместимостью 250 кг. В камеры прессования машины меньшей мощности сплав заливают вручную из электрических тигельных раздаточных печей мод. САТ-0,25Х1 вместимостью 250 кг. Проектом цеха предусмотрено оборудование машин механическими дозаторами (масса дозы 0,5—5 кг). Над машинами ЛПД установлены вытяжные откидные зонты. Для замены пресс-форм на машинах и ремонта оборудования установлены электромостовые краны грузоподъемностью 49 кН с управлением из кабины. Для удобства обслуживания кабина крана расположена в середине пролета.

В отделении литья под давлением имеются места для складирования пресс-форм на поддонах. Для сложных форм предусмотрены стеллажи и кантователи для зачаливанйя и транспортирования краном. Машины расположены в пять поточных линий. Каждая линия оснащена подвесным грузонесущим конвейером (ПГК) 16 для транспортирования отливки в таре от литейных машин в очистное отделение, а также для возврата пустой тары к ли тейным машинам. Для транспортирования тары на ПГК смонтированы специальные подвески. У литейных машин установлены двухрядные роликовые конвейеры 15 с тележками, позволяющими передавать тару с одного конвейера на другой.

Перед очистным отделением расположены пять межоперацион-ных складов 5 для хранения тары с отливками на случай неравно мерной работы отделения литья под давлением. Склады оборудованы кранами-штабелерами с управлением с пола. Тара с отливками поступает на склады с ПГК и разгружается на однорядные роликовые конвейеры, а затем транспортируется кранами-штабелерами в ячейки стеллажей. В очистном отделении имеются кон вейерные многономенклатурные поточные линии 6, на которых производится обрезка литников и заусенцев по линии разъеме, зачистка заусенцев, сверление отверстий и контроль отливок. Тара с литниками поступает к прессам 7 на ПГК и разгружается на роликовые конвейеры 13.

Все обрубные прессы в цехе установлены в очистном отделении. Обрезка литников и облоя производится на гидравлических четырехколонных прессах мод. К‘ 13004. Литники и облой сбра сывают через проемы в полу и с помощью системы ленточных и пластинчатых конвейеров транспортируют на склад шихты, Зачистка заусенцев (в труднодоступных местах) и сверление отверстий в отливках производятся на верстаках 14, оборудованных пневмотисками и вытяжной системой. От прессов к верстакам отливки доставляются ленточными конвейерами. Для уменьшения ручных операций по зачистке используются виброгалтовочные машины 11 мод. ВМПВ-200 с механизированной загрузкой и выгрузкой отливок и галтовкой в жидкой среде.

После зачистки отливки из алюминиевого сплава термически обрабатываются в вертикальных конвейерных печах. Загрузка и выгрузка отливок в печь электропогрузчиками в оборотной, таре позволила ликвидировать двойную перегрузку отливок из тарр в поддоны и из поддонов в тару вручную. После термообработки

363