Встряхивающие формовочные машины
создание документов онлайн
Документы и бланки онлайн

Обследовать

Встряхивающие формовочные машины

Механический Электроника



Отправить его в другом документе Встряхивающие формовочные машины Hits:



дтхзйе дплхнеофщ

LIB-компоновочный модуль
ТРАНЗИСТОРЫ
Миниатюрный радиопередатчик с питанием от батареи для электронных часов
РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ КОНСУЛЬТАЦИЯ ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ РАДИОКЛУБЕ СССР
Ламповый усилитель мощностью 12 Вт
ХРОМОСОМНАЯ ТЕОРИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ
Круговой процесс (цикл). Обратимые и необратимые процессы
ТЕСТ «ВИЗУАЛИЗАТОРЫ» 2008-2009
Момент инерции
Расчет валов на усталостную прочность
 

Встряхивающие формовочные машины

1. Введение


            Процесс уплотнения встряхиванием – наиболее распространенный, широкоуниверсальный, достаточно простой и надежный способ формовки, в наибольшей степени приближающийся к технологическим требованиям по распределению плотности по высоте формы. Этот процесс не отличается высокими требованиями к смеси и оснастке. Однако он, наряду с указанными преимуществами, обладает рядом существенных недостатков.

            Встряхивающие формовочные машины не обеспечивают требуемой геометрической и размерной точности отливок. Работа сопровождается шумом, вибрацией, пылевыделением, передачей энергии удара на окружающие здания, сооружения и др. Применение встряхивания в комбинации с прессованием уменьшает эти недостатки, но не исключает их полностью.

            В последние десятилетия процесс встряхивания вытесняется более современными способами  уплотнения: импульсным, пескодувно-прес-совым ,в частности, встряхивающее – прессовым и модернизацией формообразующих узлов и узла амортизации ударов.

Встряхивающе-прессовый процесс – это предварительное (перед прессованием) уплотнение нижних и средних слоев формовочной смеси, поэтому встряхивающее - прессовые машины наряду с прессами снабжены также встряхивателями. Основную силовую нагрузку в этих машинах несет прессование, а встряхивание – значительно меньшую, но весьма важную часть затраченной энергии на весь процесс уплотнения полуформы.

Наиболее серьезные исследования процесса уплотнения встряхивания с прессованием выполнены в работах ктн В.И.Вербицкого [7].





2. Анализ способа уплотнения встряхиванием


            При уплотнении смеси на встряхивающей формовочной машине (рис. 1.) стол 2 с поршнем, вместе с модельно-опочной оснасткой - 3,4,5 и смесью - 6 под действием сжатого воздуха, поступающего через впускное окно А , поднимается на некоторую высоту (h = 50 - 80 мм). Находящийся в подпоршневом пространстве воздух через выхлопное окно Б уходит в атмосферу, давление под поршнем резко снижается, стол под действием силы тяжести падает и ударяется о станину - 1 и смесь под действием сил инерции уплотняется. Для смягчения удара на станине размещают упругие прокладки - 7 из плотной резины, дерева и других материалов.


Рис. 1.


2.1. Механизм уплотнения встряхиванием


            Скорость стола и модельно-опочной оснастки снижается при ударе до нуля, в то время как формовочная смесь в опоке продолжает двигаться вниз по инерции и уплотняется: верхние слои смеси давят на нижние; слой смеси, прилегающий к модельной плите, будет иметь наибольшую плотность, а верхний слой будет рыхлым. Таким образом, уплотнение формовочной смеси в опоке происходит при ударе стола со станиной под действием сил инерции смеси.

            Параметры движения стола в момент удара. Уравнение движения  стола вместе с оснасткой и смесью:

                  ,                                          (1)


где М – суммарная масса стола, модельно-опочной оснастки и смеси [кг]; x – деформация упругих прокладок [м]; С – жесткость упругих прокладок [Н/м].

                     ,                                               (2)

где Е – модуль упругости материала прокладок [Па]; F, H – площадь упругой прокладки и ее высота.

            Максимальная деформация прокладки [м]:

                    ,                                        (3)


где V0 – максимальная скорость стола при падении.


Максимальное ускорение jmax стола при ударе будет:

                    ,                                        (4)

а сила удара:

                  .                                      (5)


           Анализ уравнений (3 - 5) показывает, что на параметры удара оказывает  решающее значение скорость падения стола V0 и жесткость С прокладок. В реально действующих встряхивающих формовочных машинах без амортизации ударов скорость колеблется в пределах 1,0-1,2 м/с, в машинах с амортизацией ударов – 0,3-0,5 м/с, а в отдельных машинах может быть 0,5-0,6 м/с. Жесткость амортизационных прокладок рассчитывается из условия того, чтобы ускорение в момент удара находилось в пределах »100g. Тогда, задавшись скоростью V0 удара стола и массой М движущихся частей машины (стол вместе с оснасткой и смесью), по формуле (4) определяют суммарную жесткость прокладок С , а затем и их количество.

            Пример. Определить суммарную жесткость прокладок для встряхивающего стола массой М = 2500 кг при высоте встряхивания h = 60 мм.

1.       Максимальная скорость к моменту удара стола:

2.       
Суммарная жесткость, исходя из j=100g:

       Расчет жесткости одной амортизационной прокладки ведем, исходя из принятых габаритов, d = 90 мм, H = 50 мм (F=0,0064 м2):

4.    Количество прокладок:



Принимаем n=12 штук.

            Исходя из принятых условий задачи, можно определить максимальную силу удара:

,

а также максимальную деформацию прокладок



Зависимости (5.1-5.5) обычно используются при расчете на прочность узлов и деталей встряхивающей машины.

            Параметры движения смеси в момент удара. Пусть в момент удара встряхивающего стола действует ускорение инерции j. Тогда для горизонтального слоя смеси в опоке площадью F (рис. 1), находящегося на глубине x под свободной поверхностью и имеющего толщину dx, будут действовать следующие силы:

1.    Результирующая сила от действия вертикальных сжимающих напряжений p на слой dx  -Fdp.

2.    Сила внешнего трения вдоль стенок опоки:

,

где f – коэффициент внешнего трения; xpUdx – сила бокового давления;
U – периметр опоки; x - коэффициент бокового давления.


3.        С 656b19eg ила тяжести смеси: 

                                                       ,

где d0 – плотность смеси перед ударом; g – ускорение свободного падения.


4.        С 656b19eg ила инерции смеси: 

,

где j – ускорение сил инерции смеси.

           Суммируя эти силы, получим уравнение:

                                                 (6)


Решив это уравнение, получим выражение для вертикального сжимающего напряжения на глубине x в момент удара [ 1 ]:


                   (7)


Из анализа уравнения (7) видно, что на контрладе (x=0) – p=0. С увеличением x величина сжимающего напряжения увеличивается по экспоненциальному закону, достигая значения p=3-4 кг/см2 (при значениях d0=1,0-1,15 г/см3, x=0,4-0,45 и f=0,55-0,65) для опок средних размеров. В уравнении (6) принималось, что в момент удара действует постоянное по высоте опоки ускорение. Это ускорение, равное ускорению движения стола в момент удара, можно принять условно только для слоя смеси, прилегающего к модельной плите. Это ускорение уменьшается от лада к контрладу, от удара к удару в зависимости от характера изменения плотности и модуля продольной деформации. Характер изменения модуля деформации от плотности носит степенной характер [ 60 ].


 Классификация встряхивающих механизмов


            Основным узлом встряхивающей формовочной машины является встряхивающий механизм. Встряхивающие механизмы могут быть классифицированы по следующим признакам: 1) по роду привода; 2) по степени амортизации ударов; 3) по характеру рабочего процесса; 4) по типу воздухораспределения. Основной привод современных встряхивающих механизмов – пневматический, работающий от сети сжатого воздуха
(pв = 0,6 МПа).

            Встряхивающие механизмы, у которых удар непосредственно передается через станину на фундамент, называют машинами без амортизации ударов (рис. 1). Большее распространение нашли машины с амортизацией ударов. Машина с амортизацией ударов имеет под станиной (ударником) упругие элементы, например, пружины, пневмокамеры, в результате сжатия которых, в период впуска воздуха, энергия накапливается, а в период выхлопа - преобразуется в работу удара. Это позволяет за короткое время ввести в полость цилиндра большее количество энергии, а значит, повысить мощность встряхивающего механизма.

Рис. 2. Встряхивающий механизм с полной амортизацией ударов


            Схема встряхивающего механизма с полной амортизацией ударов представлена на рис. 2. Стол-поршень - 2 с лежащей на нем модельно-опочной оснасткой 1 опирается на ударник - 3, который через пружины - 4 опирается на основание - 5. После впуска воздуха через окно А в рабочую полость, стол-поршень поднимается, а ударник, сжав пружины, опустится; общая величина хода S=S1+S2, где: S1 – ход стола; S2 – ход ударника. После переключения на выпуск воздух через окно Б уходит в атмосферу, стол-поршень под собственной тяжестью движется вниз, а ударник, под действием сил упругости пружины, движется вверх: при их соударении, под действием сил инерции, смесь уплотняется. При этом на фундамент машины никакого удара не передается. По этой причине такие машины часто называют безударными. Иногда (особенно в крупных формовочных машинах) для снижения энергии удара на фундамент под станиной машины устанавливают такие упругие элементы, как резина, дерево, слой рубероида и др. Такие машины иногда называют машины с частичной амортизацией ударов.

            По характеру рабочего процесса встряхивающие механизмы бывают: с отсечкой и без расширения воздуха; с отсечкой и с расширением воздуха; без отсечки и расширения воздуха. Механизм, у которого после закрытия впускных отверстий выпускные открываются после прохождения некоторого пути, называется механизмом с отсечкой и расширением воздуха, а этот участок пути – ходом расширения. В механизмах без отсечки и расширения воздуха в рабочую полость цилиндра из сети непрерывно подается сжатый воздух. Такие механизмы неэкономичны, но просты в эксплуатации.

            На рис. 3 дана схема встряхивающего механизма с отсечкой и расширением воздуха. Когда поршень пройдет из положения а путь наполнения Sе, прекращается впуск сжатого воздуха в цилиндр, т.е. происходит отсечка воздуха. Но в этот момент выхлопные отверстия еще не начали открываться. На протяжении участка пути - Sr полость цилиндра будет изолирована, и в ней будет происходить лишь расширение сжатого воздуха. Если же в момент закрытия впускного отверстия (в момент отсечки) начнет открываться выхлопное окно (т.е. если Sr=0), то будем иметь механизм с отсечкой, но без расширения воздуха. Механизмы с отсечкой и расширением наиболее экономичные.

Рис.  Схема встряхивающего механизма с отсечкой и

расширением воздуха

а) положение до начала подачи воздуха;

б) положение в период выхлопа воздуха

(1 – стол; 2 – впускное окно; 3 – выхлопное окно)


            По типу воздухораспеделения встряхивающие механизмы бывают: с поршневым распределением; с распределением с помощью перекидного двухседельного клапана (рис. 4).

Рис. 4. Принципиальная схема устройства двухседельного перекидного клапана

а) положение до впуска воздуха; б) положение в период выхлопа

            Поршневое распределение осуществляется движением поршня, который во время работы открывает или закрывает впускные или выпускные отверстия. Механизм с таким распределением широко применяют в относительно небольших машинах благодаря простоте и надежности в работе; недостаток – невозможность регулирования высоты встряхивания
(рис. 3).

            На рис. 4 представлен встряхивающий механизм с распределением воздуха с помощью двухседельного перекидного клапана. Нижняя тарелка - 7 клапана (рис. 4, а) открывает отверстие, по которому сжатый воздух входит в рабочую полость, а верхняя тарелка 6 клапана открывает выхлопное отверстие, сообщающее рабочую полость с атмосферой. В нижнем положении встряхивающего поршня – 3 клапан под действием давления воздуха находится в верхнем положении. Выхлопное отверстие закрыто, а отверстие для впуска воздуха открыто. Встряхивающий поршень - 3 со столом поднимается, а за ним следует плунжер - 2, находящийся в клапане. Этот плунжер перемещается вверх под действием давления сжатого воздуха на его нижний торец. Плунжер - 2 все время упирается верхним концом в регулирующий винт - 1, ввернутый во встряхивающий стол.

            Когда встряхивающий поршень пройдет путь наполнения - h1, сжатый воздух по нижнему каналу в плунжере поступит в пространство 4 под поршнем - 5 клапана, и клапан опустится в нижнее положение, закрыв впускное отверстие и открыв отверстие для выхлопа. При ходе стола вниз (рис. 4, б) выхлопное отверстие будет открыто до тех пор, пока до конца хода не останется некоторое расстояние - h2 (предварение впуска), при котором пространство - 4 над поршнем - 5 клапана сообщается с атмосферой через верхний канал в плунжере. В этот момент воздух из пространства - 4 уйдет в атмосферу, и клапан снова поднимется в верхнее положение, закрыв выхлопное и открыв впускное отверстие.

            Данное распределение легко регулируется перемещением винта - 1. При ввертывании винта в корпус зазор между его головкой и плунжером - 2 увеличивается, и частота встряхивания увеличивается, а высота встряхивания уменьшается, и наоборот.

            Такие клапаны нашли широкое применение в формовочных машинах для средних и крупных форм.


4. Рабочий процесс пневматического встряхивающего

механизма

4.1. Математическая модель рабочего процесса


            При анализе пневмоударного привода (встряхивающий механизм) сжатый воздух рассматривается как идеальный газ, у которого отсутствуют силы притяжения между молекулами, а сами молекулы – материальные точки, не имеющие объема.

            Состояние идеального газа определяется тремя параметрами: давлением – p, объемом - v (удельный объем v=V/M, где М – масса газа) и абсолютной температурой по шкале Кельвина – Т.

            Параметры идеального газа связаны между собой соотношением:

где R – газовая постоянная, равная R=R1/м (м – молярная масса воздуха, равная 0,029 кг/моль; R1 – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/моль К).

            В пневматическом встряхивающем механизме все процессы протекают при переменном количестве воздуха, в переменном объеме (при наполнении и опорожнении), при переменной температуре. Сложность аналитического исследования встряхивающего механизма состоит также и в том, что поршень не имеет жесткой кинетической связи при своем движении с приводным механизмом.

            Рассмотрим расчетную схему пневматического встряхивающего механизма (рис. 5). В полости I переменного объема - V1 находится газ массой - М. Одновременно в эту полость поступает газ через эффективное проходное сечение впуска (fэвп=m1f1) из полости II объемом - V2 и вытекает из полости V1 в атмосферу III через эффективное проходное сечение выпуска (fэвып=m2f2), где: m1, m2 – коэффициенты расхода соответственно подводящего и отводящего воздухопровода; f1,f2 – площади сечения подводящего и отводящего воздухопровода; V2 – объем ресивера или трубопровода большого сечения.

Рис. 5. Расчетная схема пневматического встряхивающего механизма


            Обозначим через Пм энергию единицы массы газа, поступающего в полость, и, соответственно, количество поступающего воздуха через dМм, а вытекающего – через dМв. Тогда согласно первому закону термодинамики можно записать:

,                    (8)

где dQ – подведенная к газу теплота за счет теплообмена через стенки машины (принимаем dQ=0); Пмм – энергия, поступающая с новыми порциями газа; dU – изменение внутренней энергии газа; АdL – совершаемая внешняя работа; Пвв – энергия, теряемая с выходящими порциями газа.



            После несложных преобразований уравнения (8) с учетом теплоемкости газа  при постоянном давлении Ср и при постоянном объеме Сv получим уравнение теплового баланса

       ,                    (9)

где к – коэффициент адиабаты (для воздуха 1,41); Тм,Т – температура воздуха в магистрали и, соответственно, в полости цилиндра; pМ – давление воздуха в магистрали.

            Количество воздуха, поступающего в полость II или вытекающего из нее определяется соотношением:

                           (           (10)


где Gм и Gв – соответственно, расходы поступающего и вытекающего воздуха. В общем случае для участка наполнения цилиндра при истечении воздуха из сети в цилиндр имеем:

                       ,                                 (11)

где y - расходная функция, значение которой для условий субкритической области истечения (с малыми перепадами давлений) – величина переменная и составляет

             (12)


где р1 – абсолютное давление в полости встряхивающего цилиндра;

       р2 – абсолютное давление в магистрали (ресивере).

            Для условий надкритической области истечения (с большими перепадами давлений) величина y постоянна и составляет:


.

Критическое отношение давлений, разделяющее упомянутые две области истечения:

                                        

а обратная величина .


Третьим уравнением рабочего процесса встряхивающего механизма является уравнение движения поршня со столом, оснасткой и смесью:

     ,                                         (13)

где М – масса поступательно движущихся частей, включая встряхивающий стол, модельно-опочную оснастку и формовочную смесь; ра – атмосферное давление; F – площадь поршня; Р – сила тяжести поступательно движущейся массы стола, оснастки и смеси; Ртр – сила трения.

            При переходе к безразмерным критериям [ 38 ] система уравнений рабочего процесса машин, без амортизации ударов, будет иметь вид:


                                                        (14,а)

                   ,     (14,б)

где N2 – безразмерная масса;

N – безразмерный конструктивный параметр, выражение которого имеет вид:


                                                         (15)

X – безразмерная величина хода поршня X=x/s;

Xo – безразмерная величина вредного пространства;

– безразмерное ускорение;

Y, Ya – безразмерное давление; Y=р/рМ; Ya=ра/рМ;

ра, р – давление атмосферное и в полости цилиндра;

hа, hтр – безразмерные величины нагрузки и силы трения;


                          ,                            (16)

где r, rв – функции, характеризующие законы изменения безразмерных площадей эффективных проходных сечений впуска и выхлопа; r=fэ/F;

rв =fэв/F;

b – величина, обратная безразмерному эффективному сечению впуска;

 d – отношение температур воздуха в полости и магистрали;

s – ход встряхивания;

j(Y); j( Yа/Y) – расходные функции, значения которых приведены в таблицах, или определяются по формуле (12).

t, tц – безразмерное время и время цикла в с

                 ,                                         (17)

            Термодинамическое уравнение системы (5.14) применим для описания закона изменения рабочего процесса всех трех характерных типов:

1)      без отсечки и расширения воздуха;

2)      с отсечкой и расширением воздуха;

3)      с отсечкой и без расширения воздуха.

Наиболее простой вид имеет система уравнений рабочего процесса, в котором используются встряхивающие механизмы без отсечки и расширения воздуха (встряхивающие механизмы с двухседельным перекидным клапаном):


                                                                                            (18,а)

                                                                                      (18,б)

,                                                    (18,в)

где w= fэв/ fэ.

            Уравнение (18, б) системы применимо при впуске, а уравнение (18, в) – при выпуске воздуха из цилиндра. Площади эффективных проходных сечений впуска и выпуска здесь принимаются постоянными, открытие впускных и выпускных окон мгновенным, что имеет место при некотором допущении в пневмодвигателе с клапанным воздухораспределением, т.е. предполагается, что время выпуска воздуха равна нулю.


4.2. Выбор критерия оценки эффективности встряхивающих

механизмов


            Эффективная мощность встряхивающего механизма выражается зависимостью

                                                      ,                                   (19)
где V1 и V2 – скорости стола до и после удара;

            tц – время цикла от удара до удара.

            Для выбора критерия оценки эффективности и для сравнительной оценки двух одинаковых по массе встряхивающих столов можно в выражении (19) не возводить разность скоростей в квадрат и не делить на величину 2g. Тогда критерий оценки (19) будет иметь вид:

                          .                                          (19,а)

            При сравнительной оценке двух встряхивающих механизмов, если в обоих случаях М=const, критерий оценки будет иметь вид Z:


                                                               .                                                         (20)

4. Анализ решения системы уравнений рабочего процесса
и выбор конструктивных параметров


Система уравнений (18) преобразовывается в машинные уравнения без особых трудностей, поскольку все параметры выражены в критериальной форме и изменяются от 0 до 1. Начальные условия моделирования при t=0:

а) давление впуска равно давлению в магистрали (Yo=Y);

б) ход встряхивания равен нулю (X=0);

в) начальная скорость поршня равна 0,3 скорости удара ().

Сила трения составляет 0,2¸0,25 от массы движущихся частей (Ртр=(0,2¸0,25)Р).

            Из системы уравнений (5.18) видно, что общее число входящих в нее постоянных параметров равно всего четырем: Xo, h, w, . Два параметра Xo и  , как показали результаты предварительного расчета в достаточно широком диапазоне изменения величин, не оказывают существенного влияния на характер протекания процесса. Поэтому оба этих параметра были приняты постоянными (Xo=0,15 ; =0,2). Таким образом, для исследования остается лишь два параметра h и w. К ним следует добавить параметры воздухораспределения: X1 – безразмерная величина хода впуска и X2 – безразмерная величина хода предварения впуска.

            Расчетная система уравнений была решена для различных комбинаций h, w, X1, X2, которые изменялись в следующих пределах: hа = 0,6 ¸0,8, w = 1; 2,5; 4, X1 от 0,5 до 0,95 через каждые 0,05 и X2 = 0,1; 0,2; 0,4.

            Всего было получено около 75 решений.

            Результаты решений ЭВМ выдавала в виде таблиц и графиков, характеризующих изменение давления, пути, скорости и ускорения по времени. В зависимости от типа ЭВМ можно получить графики р=f(s), т.е. индикаторные диаграммы, а также числовые значения критерия оценки эффективности встряхивающих механизмов.

          Анализ этих зависимостей показал, что в исследуемых интервалах изменения параметров hа, w , X1, X2 кривая изменения безразмерной мощности имеет оптимальное значение. Так, на рис. 6 представлена зависимость эффективной мощности  от безразмерной полезной нагрузки hа. Установлено, что оптимальное значение безразмерной нагрузки находится в пределах hа =0,7¸0,8.


Рис. 6. Влияние нагрузки на эффективную мощность встряхивающего механизма


          Анализ решений показал, что значению X1 всегда соответствует оптимальное значение безразмерной массы N2, в которую входит величина эффективного проходного сечения впуска fэ (15). Значит, для нормальной работы встряхивающего механизма требуется вполне определенная система питания, обеспечивающая подачу в цилиндр определенного количества воздуха в единицу времени. Вместе с тем, рост безразмерной величины предварения впуска X2 снижает мощность. Оптимальным значением хода предварения впуска следует считать (X2£0,1).

            Анализ решений показал также, что безразмерная мощность увеличивается с увеличением коэффициента w до некоторой величины, а затем остается практически постоянной (рис. 7). Оптимальное значение этого параметра следует считать w= 3¸4.

Рис. 7. Влияние отношения площадей выпускного и впускного отверстий

на мощность встряхивающего механизма


          Безразмерную величину хода впуска X1 для машин этого класса следует принимать X1=(0,6¸0,7)S.



5. Конструктивные типы и основные узлы встряхивающих

формовочных машин

5.1. Конструктивные типы встряхивающих формовочных машин


            Встряхивающие формовочные машины чрезвычайно разнообразны по своей конструкции. На рис 8 представлена классификация основных конструктивных типов встряхивающих машин.

Рис. 8.

   Существуют обычные встряхивающие машины, представляющие собой встряхивающий стол без протяжного механизма и допрессовки. Такие столы встречаются редко. Чаще всего формовочная машина включает в себя разнообразие элементов представленной таблицы. Например, для малых размеров опок серийно выпускается полуавтоматическая формовочная машина модели  22111 (рис.9). Это однопозиционная встряхивающая формовочная машина с амортизацией ударов и допрессовкой, со штифтовым съемом. Для крупных по размерам опок серийно выпускается встряхивающая формовочная машина модели 235, двухпозиционная машина  без амортизации ударов и с перекидным столом для протяжки модели представлена на рис. 10. В настоящее время заводом «Сиблитмаш» (г. Новосибирск) выпускаются формовочные машины 235М с пружинной амортизацией ударов аналогичной конструкции.

Рис. 9. Встряхивающая формовочная машина модели 22111 с амортизацией ударов. Общий вид

(1 – встряхивающий стол; 2 – станина; 3 – поворотная траверза;

 4 – пульт управления)



Рис. 10. Двухпозиционная встряхивающая формовочная машина без амортизации ударов



1 – встряхивающая машина; 2 – встряхивающий стол;

3 – рычажный механизм для перекидки стола; 4 – металлоконструкция роликового конвейера; 5 – протяжно-приемный стол;

6 – механизм перекидного стола


            На рис 11 представлен однопозиционный автомат с комбинирован-ным уплотнением (встряхивание без амортизации ударов с последующей допрессовкой фирмы SPО). На рис 12 представлен трехпозиционный автомат с амортизацией ударов и допрессовкой многоплунжерной колодкой  фирмы Kunkel-Wagner. На средней позиции - засыпка смеси в опоку и протяжка модели; на крайних позициях - уплотнение полуформы.




Рис. 11. Однопозиционный формовочный автомат

встряхивающе-прессового уплотнения(фирма SPO)

1-бункер для смеси;2-многоплунжерная головка; 3-передвижной короб для засыпки смеси; 4-наполнительная рамка; 5-опока верха; 6-опока низа; 7-кантователь; 8- модель; 9-встряхивающий стол; 10-стол для замены оснастки; 11-толкатель; 12-упор.


Однопозиционный формовочный автомат мод. «SPO» (рис. 11.) и двухпозиционный мод. «Кюнкель- Вагнер» («K-W») (рисД/2)- устаревшие конструкции, имеющие ряд конструктивно- технологических недостатков. Так, например, формовочный автомат фирмы «SPO» не оснащен встряхивателем без амортизации ударов, что создает при работе шум и вибрацию выше допустимых норм. Формовочный автомат фирмы «K-W» имеет низкую надежность в эксплуатации, достаточно высокое давление прессования (рпр=17^-20 кг/см2), что приводит к переуплотнению смеси над моделью при комбинированном режиме, и недоуплотнение в узких карманах оснастки при чистом прессовании.

Используя опыт работы и недостатки этих автоматов и АФЛ на их базе, многие зарубежные и отечественные фирмы (например: «Сиблитмаш») в настоящее время производят более совершенные формовочные автоматы как по качеству уплотнения, так по производительности, (см. главу 12).

5.2. Встряхивающие механизмы


            Простейший встряхивающий механизм, без амортизации ударов, представлен на рис. 12. В последнее десятилетие выпускаются встряхивающие механизмы с амортизацией ударов, особенно в формовочных автоматах комбинированного уплотнения.

Рис. 12. Общая компоновка формовочного аппарата системы

KünkelWagner:

А – позиция засыпки смеси в опоку и протяжки модели; Б1 и Б2 – позиции уплотнения форм; 1 – опока; 2 – модельная плита; 3 – салазки; 4 – дозатор; 5 – траверзы; 6 – прессовые пассивные многоплунжерные головки; 7 – механизм подъема дозатора и протяжки модели; 8 – механизмы уплотнения; 9 – замкнутая трасса (орбита) циркуляции автоматической смены модельных комплектов

            Наибольшее распространение получили встряхивающие механизмы с пружинной амортизацией. В качестве примера рассмотрим встряхивающий механизм формовочной машины модели 22111 конструкции ВНИИЛИТМАШ (рис. 13). Встряхивающий стол  этой машины состоит из станины - 1, прессового поршня - 2, амортизационной пружины - 3, ударника - 4, упругой прокладки - 5, стола - 6. При подаче воздуха из магистрали  давлением Рм  он по каналам d попадает в полость Б, а из нее через каналы Е в рабочую полость А. В результате давления воздуха стол - 6 движется вверх, а ударник - 4, сжимая пружину - 3, вниз. После того как стол и ударник пройдут расстояние - Нр (ход впуска), открываются выпускные каналы - g, но обе ударные массы (стол и ударник) еще некоторое время движутся в том же направлении, проходя  некоторое расстояние, например, Нвых, а затем начинают  движение в обратном направлении – навстречу друг другу. Происходит их соударение через упругую прокладку 5. В это время (а, может быть, и несколько раньше) происходит открытие впускных окон и впуск воздуха в рабочую полость – цикл повторяется.

Рис. 1


            После уплотнения смеси встряхиванием (3-5 с) происходит допрессовка. Масло под давлением Рм подается по каналу под поршень - 2. Пройдя расстояние D = 25-30мм поршень - 2, сжимая пружину - 3, упирается в стол 6 и происходит прессование смеси, находящейся в опоке, расположенной на столе (на схеме не показано).  

На рис 14 показана схема встряхивающего механизма с пневматической амортизацией ударов. Механизм встряхивания состоит из стани-
ны - 7, неподвижной направляющей колонны - 9, на которую свободно насажен стол -  В нерабочем состоянии машины ударник - 5 под собственным весом опускается на фланец - 10; при этом объем полости противодавления - 11 сокращается до минимума. При подаче сжатого воздуха по каналу - 1 в полость - 11 ударник мгновенно двигается вверх и прижимается к столу - 3; в полости - 11 давлением сжатого воздуха создается упругая воздушная подушка, играющая роль амортизационной пружины.

Рис. 14. Схема встряхивающего механизма с пневматической

амортизацией ударов


При подаче на встряхивание сжатый воздух по каналу - 4 в столе и каналу в ударнике - 6 попадает в рабочую полость - 8. Так как площади поршней рабочей полости - 8 и полости противодавления - 11 равны, то усилия на стол и ударник от давления сжатого воздуха уравновешиваются, и ударник, под собственным весом, опускается; давление же в полости - 11 остается все время постоянным (воздушная подушка), так как полость связана с магистралью. Движение ударника вниз будет происходить до тех пор, пока не откроются выпускные окна - 12 и воздух из полости - 8 не уйдет в атмосферу. Стол - 3 падает, а ударник под действием сжатого воздуха магистрали движется вверх; происходит удар и цикл повторяется.

Пружины - 2 в рабочем процессе механизма встряхивания непосредственно не участвуют, а лишь предотвращают излишние двойные удары стола о фланец станины - 7 при его движении вниз, 10 - фланец.


5. Конструкции ударных поверхностей


            В рассмотренных встряхивающих механизмах с амортизацией ударов на ударных поверхностях устанавливаются прокладки с внутренним диаметром, несколько меньшим или большим внутреннего диаметра ударника, а наружний диаметр равен (или чуть меньше) наружному диаметру ударника. Толщина прокладки колеблется от 10 до 30 мм. Материал чаще всего текстолит, а в больших машинах–дерево (чаще всего береза). В крупных машинах без амортизации ударов в качестве амортизирующих элементов используются шайбы - амортизаторы (Æ80-100 мм. и высота » 40-50 мм.) из плотной резины (рис. 15). Амортизаторы размещаются в гнездах станины, а сверху, на шайбы, укладываются стальные цилиндрики. Количество гнезд под шайбы - амортизаторы – 12-18 шт. Основной недостаток амортизации удара с большим числом шайб - амортизаторов – трудность выравнивания всех амортизационных узлов (шайба + стальной цилиндр) на одном уровне. Второй недостаток конструкции таких встряхивающих механизмов с распределенными ударными поверхностями – наличие направляющих пластин стола - 9 (8 штук). При неточности монтажа пластин, при ударе, создается неравномерное трение, которое приводит к перекосу стола, неравномерности удара и, в конечном итоге, к браку формы.

Рис. 15. Встряхивающий стол без амортизации ударов

1-поршень; 2-цилиндр; 3-станина; 4-стальной цилиндр; 5-стол; 6-направляющая стола; 7-шайба – амортизатор.



            В наибольших встряхивающих машинах эти недостатки исключаются применением конструкции механизма с центральным боем
(рис. 15, а). В этом случае литой стол - поршень имеет хвостовик, через который  и происходит удар со станиной. Литая стальная пластина в донной части имеет значительное утолщение в целях надежности и долговечности. Смягчение удара в таких машинах осуществляется противодавлением воздуха в рабочей полости, при воздухораспределении, без отсечки воздуха.


5.4. Поворотные, вытяжные и нивелирующие механизмы


            В ряде встряхивающих формовочных машин для протяжки модели используют пневморычажный механизм, представленный на рис. 16, а [2]. После поворота перекидного стола вместе с полуформой низа на 1800 встряхивающий стол поднимается на определенную высоту и принимает на себя полуформу. На рис 16, б показан цепной приводной механизм. Подъемный механизм своим штоком - 4 перемещает по вертикали поворотный стол с полуформой. Цепной блок - 5 жестко связан со столом - 1. В момент движения штока цепь, связанная жестко с блоком, поворачивает на 1800 стол и вместе с ним нижнюю полуформу.

Рис. 15, а. Встряхивающий стол с центральным боем


Рис. 17. Схемы рычажно-пневматического (а) и цепного (б) механизма поворота плиты:

1 – поворотная плита; 2 – качающийся пневматический цилиндр; 3 – рычаг;
4 – шток подъемного механизма; 5 – цепной блок; 6 – цепь;

7 – пружинный амортизатор


            В формовочных машинах крупных размеров для протяжки модели используют перекидные столы 1 с пневморычажным приводом (рис. 17), поворотный механизм из двух пар рычагов - 3 и 4, по паре на каждой станине 2 машины. Расстояния S между неподвижными точками вращения каждой пары рычагов и между подвижными шарнирами на других их концах одинаковы. Поэтому, при повороте ведущего рычага - 3 от кривошипного механизма, с помощью пневмогидравлического цилиндра поворота – 8, перекидной стол по пути своего переноса в показанное штриховыми линиями положение поворачивается на 1800 вокруг горизонтальной оси. Находящаяся на перекидном столе уплотненная полуформа становится теперь в положение б для вытяжки модели, которая производится вытяжным механизмом - 9. При встряхивании же (в положении а) перекидного стола вместе с находящейся на нем модельной плитой и опокой рычаги - 3 и 4 остаются неподвижными, так как призма - 5, с которой сочленены их концы, допускает подъем перекидного стола при встряхивании, а сама остается неподвижной. Чтобы эта призма не вышла из своего гнезда в боковине 6 перекидного стола в положении б, имеются упоры - 7, по одному на каждом направляющем рычаге - 4. Эти упоры и поддерживают перекидной стол на цилиндрических поверхностях его боковин.

Рис. 18. Схема устройства для протяжки модели

с помощью перекидного стола

1 – перекидная  плита; 2 –стол; 3,4 – система рычагов поворота;5 – призма;     6 – боковины; 7 – упоры; 8 – гидроцилиндр; 9 – вытяжной механизм;


            Протяжные механизмы встряхивающих машин должны иметь плавный ход и мягкую остановку (во избежание подрывов и обвалов полуформ при протяжке модели). Для этих целей применяются чаще всего гидроцилиндры, в которых масло подается под давлением сжатого воздуха (пневмогидравлический привод). В начале хода протяжного механизма масло поступает через дроссель, а в конце хода применяют гидротормоза, резко снижающие поступление масла в цилиндр в конце пути.

            Весьма важным механизмом, обеспечивающим качественную протяжку модели, является невилирующий механизм. Это необходимо в тех случаях, когда контрлад полуформы по тем или иным причинам не параллелен ладу. Если такую полуформу опускать на жесткий приемный стол, то она повернется около выступа; произойдет перекос формы относительно модели.

6.Встряхивающе - прессовые формовочные машины ВПФМ.

6.1. Встряхивающее – прессовая формовочная машина модель 22111 (после модернизации).

На рис 18 представлена модернизированная конструкция встряхивающе- прессового узла ВПФМ с пружинной амортизацией мод.22111. Здесь рабочий стол 1 снабжен длинным хвостиком 2 в виде трубы (юбки), ступенчатой по внутренней поверхности. Хвостик 2 опирается своим уступом через прокладку 3 на массивный ударник 4, который в свою очередь установлен на дно прессового поршня-плунжера 7 посредством спиральной пружины 6. В станине 5 телескопически установлены прессовый и встряхивающий механизм, и их совмещенная компоновка формирует встряхивающе - прессовый узел. На станине 5 смонтирован пневмогидравлический механизм вытяжки с двумя цилиндрами 8. Поворот стола 1 вокруг вертикальной оси узла предотвращается скалками 9.

Предварительное уплотнение смеси встряхиванием начинается подключением канала 10 к сети сжатого воздуха. Воздух по системе каналов перетекает в рабочую камеру 11 встряхивающего цилиндра D=150 мм и заставляет двигаться стол 1 и ударник 4 в противоположных направлениях: стол с полезной нагрузкой движется вверх, преодолевая силу тяжести, а

Рис.19.Конструкция встряхивающе-прессового узла ВПФМ мод. 22111 (после модернизации).

1 – рабочий стол; 2 – хвостовик; 3 – прокладка; 4 – ударник; 5 – станина; 6 – пружина; 7 – поршень-плунжер; 8 – цилиндры; 9 – скалка; 10 – воздушный канал; 11 – рабочая камера; 12 – внутренняя камера; 13 – канал для выхода воздуха в атмосферу.


ударник опускается вниз, сжимая пружину 6. При относительном перемещении хвостика 2 и ударника 4 перекрываются впускные каналы , и подача воздуха в камеру 11 прекращается, затем открываются выхлопные окна, и происходит опорожнение камеры 11 во внутреннюю камеру 12, из последней воздух спокойно выходит в атмосферу по каналам 1 Стол и ударник проходят еще некоторые расстояния по инерции, а затем меняют направления движения и совершают рабочий (встречный) ход: стол с полезной нагрузкой падает под действием сил тяжести, а ударник разгоняется вверх пружиной 6, сжатой на подготовительном ходе. В представляемом встряхивателе, как и во всех других механизмах с встречным ударом, наблюдается переходный процесс, при котором сила ударов и координата соударений изменяются от удара к удару, затем работа стабилизируется, причем координате всех соударений расположены выше положения статического равновесия.

Рассмотрим рабочий процесс встряхивателя и ход нагружения и уплотнения формовочной смеси. Обозначим: рвц - избыточное давление воздуха в рабочей камере встряхивающего цилиндра vc и vy скорости стола и ударника; хс и ху - перемещения стола и ударника; Qy/CT - сила, действующая со стороны ударника на дно прессового поршня и станину ФМ; os и ps -вертикальные сжимающие напряжения и плотность соответствующего слоя смеси. Весь объем смеси в опоке с размерами 0,5x0,4x0,2 м и массой 57 кг разделен на 2 слоя равной массы, установленные друг над другом и взаимодействующие с оснасткой. Координата устойчивых соударений уменьшается с повышением нагрузки на стол, в данном случае полезная нагрузка Мпол =128 кг относительно небольшая (грузоподъемность встряхивающего стола 200 кг) и координата соударений на 17,5 мм выше статического положения плоскости удара. В конце рабочего хода (перед ударом) кинетическая энергия ударника значительно больше энергии падающего стола с полезной нагрузкой.

Примерно равны только количества движения тел перед ударом,

 Mi vco = Му vyo, M, = Mc + МопМП+ М s, М,=270 кг, Му= 100 кг. В результате лобового центрального частично упругого соударения тела приобретают скорости отражения vk. Ударник передает столу часть своей энергии, однако из-за больших потерь энергии при ударе эта энергия не будет большой. По экспериментальным данным коэффициент восстановления скорости стола на ФМ мод. 22111 при использовании прокладок из текстолита и фторопласта изменяется в диапазоне kvc= 0,. .0,75 и уменьшается при повышении скорости удара. В рассматриваемом узле используется прокладка из ударопрочного текстолита и kvc= 0,37.. .0, 66.

При работе встряхивателя ФМ мод. 22111 реализуются очень низкие значения энергий - в устойчивом режиме ео + ео= 0,36 Дж/кг, при самом сильном ударе ео+ ео= 0,119 Дж/кг. Для сравнения на ФМ мод. 271, изготавливающей полуформы такого же размера и снабженной встряхивателем с ударом стола по станине, установленной на фундаменте, энергия удара значительно больше, ео+ ео= 0,2.. .0,25 Дж/кг. Слабые удары во встряхивателе с встречным ударом трансформируются в слабые импульсы вертикальных сжимающих напряжений в уплотняемой смеси. За 2 с (к 20 удару) амплитудное значение напряжений в нижнем слое, прилегающем к модельной плите, достигает только 35 кПа, а в верхнем слое всего лишь 9 кПа. Импульсы напряжений к тому же имеют очень малую длительность –  τs =0,0075 с. Остальная часть импульса напряжений с величиной 7...9 кПа в нижнем слое . .4 кПа- в верхнем создается при разгоне стола вверх сжатым воздухом, технологический эффект этого воздействия заметен только для рыхлой смеси при первом ударе. Результаты уплотнения соответствуют интенсивности нагружения: за 2 с встряхивания плотность нижнего слоя смеси возрастает с 1012 до ИЗО кг/м3, а верхнего - с 1000 до 1130 кг/м , результат уплотнения смеси при изготовлении более сложных полу форм будет еще хуже. КПД преобразований энергии в узле, определяемый как отношение работы сжатого воздуха в камере всряхивающего цилиндра к полезной работе, т.е. работе уплотнения формовочной смеси, здесь относительно невысок: т|=2,6%. Самым простым способом повышения технологической эффективности встряхивателей с встречным ударом является увеличение массы ударника. Существуют встряхиватели, в которых МУв например, известная в РФ машина мод. SRW-7,5 (BMD, ФРГ), однако такие ФМ обычно выполняются как чисто встряхивающие. При встряхивании на ФМ мод. 22111 на станину и фундамент передается весьма небольшая переменная нагрузка: в устойчивом режиме изменение силы QycT в одном цикле около 4 кН, а самое большое изменение- 6,5 кН. Значительно более высокие динамические нагрузки на фундамент, возникающие при работе ФМ в режиме прессования с вибрацией. Работа пресса и вибратора и ход нагружения и уплотнения смеси(обозначено: рпц- избыточное давление воздуха в рабочей камере прессового цилиндра; vsl и vs2- скорости верхнего и нижнего слоев смеси под модельной плитой;   хп- перемещение поршня пресса; QCT - контактная сила в стыке станина-фундамент; остальные обозначения аналогичны ранее принятым). Уплотняемая смесь разделена на столбы над модельной плитой, в свою очередь столбы разделены на слои: два - над моделью и три - над модельной плитой. При подаче воздуха в рабочую камеру прессового цилиндра Dпц=360 мм поршень начинает двигаться вверх, соприкасается с нижней кромкой хвостовика стола и разгоняет стол, оснастку и смесь вверх. Взаимодействие свободной поверхности смеси с прессовой колодкой начинается при высокой скорости Vo> 1 м/с и низком давлении рпц. верхние слои смеси рыхлые и оказывают столь малое сопротивление в начале уплотнения, что стол и нижний слой смеси над модельной плитой продолжают ускоряться вверх, когда верхние слои уже прессуются. Затем реализуется скоростное инерционное прессование всех слоев и объемом смеси, уплотнение происходит за счет торможения движения смеси прессовой колодкой и сжатия ее модельной плитой, столом и пресс - поршнем, т.е. за счет использования кинетической энергии, накопленной при разгоне. Сжимающие напряжения в слоях смеси быстро нарастают и спадают, при этом интенсивность сжатия столбов над моделью значительно выше, чем более высоких столбов над модельной плитой (соответственно, амплитуда напряжений в верхних слоях 0,72 и 0,115 МПа, в нижних- 0,72 и 0,063 МПа). В столбе смеси над моделью на этапе скоростного прессования реализуется 94 % от общего уплотнения верхнего и 88% - нижнего слоев; для высокого столба смеси - в верхнем слое - 82%, а в нижнем уплотнение практически не происходит, так как кратковременный импульс затухает в смеси. Дальнейшее уплотнение смеси происходит по мере нарастания давления в прессовом цилиндре, пресс быстроходный и полная сила прессования реализуется через 0,47с от момента включения. Однако рост напряжений происходит в основном в столбе смеси над моделью, где смесь сильно уплотнилась уже на этапе динамического прессования. В высоком столбе смеси напряжения растут незначительно, а плотность практически не увеличивается. Прессование активизируется только при включении вибратора, удается несколько растрясти столб смеси над моделью и перераспределить напряжения в пользу высокого околомодельного столба смеси. Однако, несмотря на довольно сильные удары (еovуо/(МСПОЛ)=0,335, Дж/кг; Eyo=Myv2 у0/2), исправить положение не удается, и окончательная плотность слоев в высоком столбе смеси оказывается ниже, чем над моделью, на 160... 165 кг/м После отключения вибратора производится выдержка смеси под давлением. Затем рабочая камера пресса сообщается с атмосферой, давление снижается и прессовой поршень, стол и оснастка опускаются в исходное положение. Таким образом, даже при прессовании с вибрацией не удается выровнять уплотнение разновысоких столбов смеси при изготовлении полу формы громоздкой моделью с развитыми горизонтальными поверхностями. Для уплотнения смеси в узких зазорах и высоких карманах основное значение имеет предварительное уплотнение смеси встряхиванием.



Конструкция встряхивающе-прессового узла с описанием работы представлена на Рис 18.

Рабочий процесс встряхивателя ФМ 22111 представлена на рис 19.

Рис.3,19. Рабочий процесс и технологическая эффективность встряхивателя ВПФМ мод.22111: _

рм = 0,6 МПа;Мпол = 128кг; Му = 100 кг; Dвц = 150мм;

Опока 0,5x0,4x0,2 м;Прямоугольная модель 0,3x0,2x01м;Ms=57кг

Прессование активизируется только при включении вибра­тора, действием которого удается перераспределить напряже­ния в пользу высокого околомодельного столба смеси, и все же окончательная плотность в высоком столбе смеси оказывается ниже, чем над моделью.

Таким образом, для уплотнения смеси в узких зазорах и вы­соких карманах основное значение имеет предварительное уплотнение, которое можно обеспечить только кратковременным встряхиванием с незначительным числом ударов, при которых смесь будет иметь существенно большее ускорение и силу инерции, достаточно хорошо уплотняющие смесь в этих местах.

6.2. ВПФМ автоматизированной линии Уралвагонзавода (после модернизации) [6].

Линия предназначена для изготовления стальных отливок в опоках с размером 1,6х1,0х0,45м; производительность - 12форм/час; металлоемкостью формы - до 700кг.

Приводимое зедсь описание этой модели ВПФМ относится к ее модернизированному варианту. Формовочную смесь засыпают из дозатора через жалюзийный затвор с высотой ≈1м; высота встряхивания на первом этапе составляет 57÷62мм, частота fУД=1,81ГЦ. Число ударов на полуформу - 40, длительность цикла - 22 с.

После уплотнения встряхиванием происходит допрессовка с силой прессования 600 кН. Многоплунжерная головка содержит 20 прессовых башмаков с плунжерами, поджатыми сверху пружинами. Разное давление на смесь под разными башмаками создается за счет разного начального поджатия этих пружин. Среднее давление на контрлад составляет 0,375МПа. Основную роль в равномерности уплотнения узких промежутков все же играет предварительное встряхивание.

Для интенсификации встряхивания и более равномерного уплотнения смеси был создан встряхиватель двухударного действия (рис.20). Хвостовик 2 стола 1 выполнен полым так, что в нем расположен ударник 3, опирающийся в исходном положении через амортизатор на дно встряхивающего цилиндра 4. Последний выполнен заодно с массивной плитой и массивной литой станиной 5, на верхней плоскости которой в отверстиях, расположенных по узловым точкам стола установлены 16 блоков автономных амортизаторов 6, содержащих полиуретановые вставки – буферы и цилиндрические байки, на которые опирается стол 1.

Рис.21. Конструкция встряхивателя двухударного действия.


Станина 5 установлена посредством амортизирующей подушки 7 на инерционном блоке (виброизалированном фундаменте) 8 массой 68 т, подвешенном в бетонном коробе на пружинных виброизоляторах 9 и резиновых виброгасителях 10. Станина 5 прикреплена к инерционному блоку 8 подпружиненными болтами 11, а чрезмерный ход стола 1 вверх ограничивается болтами 12 и пружинами. Поворот стола вокруг вертикальной оси предотвращается планками 13, установленными по углам на щеках стола. Впуск и выпуск воздуха из встряхивающего цилиндра обеспечивается двухседельным перекидным клапаном 14, управляемым золотником 15. Работа встряхивателя иллюстрирована на рис.21:

Рис. 22.Paбочuu процесс и технологическая эффективность встряхи-

вателя двухударного действия:

Рм = 0,6 МПа; Мпол = 3043 кг; Му = 600 кг; Dвц = 500 мм; Dy = 320 mm; Опока 1,6x1,0x0,45 м; Шесть моделей низа корпуса буксы Mб= 1043 кг

На рис.21. РМ – давление воздуха в магистрали;

МПОЛ – полезная нагрузка;

МУ – масса ударника;

DВЦ – диаметр встряхивающего цилиндра;

DУ – диаметр ударника;

хСТ и хФ – перемещение станины и фундамента (инерционного блока);

QФ/Ч – сила воздействия фундамента на фундаментный короб.


При подаче воздуха из ресивера в клапан 14 воздух поднимает клапан и наполняет встряхивающий цилиндр, а плунжер золотника 15 прижимается к столу. В рабочей камере 16 встряхивающего цилиндра давление растет, воздух поднимает ударник над амортизаторами и разгонят его вверх. При этом воздух в камере 17 над ударником не препятствует разгону последнего, так как камера сообщается с атмосферой через обратный клапан. Первый удар ударник наносит по торцу неподвижного хвостовика стола (скорость vУ01=1,15м/с, стол разгоняется до vСТ01=0,23м/с и движется вверх). Формовочная смесь, ускоряясь модельной плитой, уплотняется под действием инерционных сил и вибраций оснастки. Ударник же в результате удара отскакивает и движется вниз, но быстро затормаживаясь нарастающим давлением РВЦ, вновь разгоняется вверх и наносит второй менее сильный и попутный удар по столу (VУ02=0,75м/с, VСТ02=0,17м/с). Далее ударник непрерывно контактирует с хвостовиком стола, подталкивая его вверх. В результате двух ударов по столу и разгона стола вверх воздухом (т.е. уже на подготовительном ходе стола) плотность нижнего слоя смеси возрастает на 125кг/м3, при этом верхний слой почти не уплотняется. Когда стол совершает ход вверх, равный ходу впуска, плунжер управляющего золотника, движущийся вместе со столом, соединяет камеру управляющего цилиндра клапана с магистралью. Клапан переключается на выход, и отработанный воздух из камеры 16 выходит в атмосферу. Стол с ударником проходят еще некоторое расстояние вверх по инерции, затем меняют направление движения и падают вниз, разгоняясь силами тяжести. Из-за меньших сил трения, препятствующих падению ударника, последний падает несколько быстрее, чем стол, при этом ударник помогает разгону стола не только силами трения, но и разряжением, создаваемым в камере 17. Переключение клапана на впуск происходит в строке в тот момент, когда плунжер золотника соединяет камеру цилиндра клапана с атмосферой. В результате хвостовик стола при падении испытывает минимальное торможение воздухом в камере 16 и достигается очень высокое значение коэффициента использования потенциальной энергии поднятого стола–0,92. В конце хода вниз стол касается бойков амортизаторов и происходит ударное взаимодействие стола со станиной. Станина разгоняется вниз, но быстро тормозится массивным фундаментом и движется вверх, вновь соударяясь с медленно движущимся вниз столом, который начинает движение в верх. Станина же вновь движется вниз, но уже с фундаментом, совершая в дальнейшем затухающие колебания вместе с ним. Энергия отскока стола от станины гасится уплотняющей смесью, стол движется медленно или останавливается и ждет, когда падающий ударник затормозится воздухом в рабочей камере 16 (не доходя до дна встряхивающего цилиндра), вновь разгонится вверх и на скорости 1,6м/с ударит по торцу хвостовика стола. Ударник передает столу свою энергию, отскакивает и затем догоняет движущийся вверх стол, нанося по нему попутный удар и подталкивая стол вверх. Цикл повторяется, за 3с совершается семь циклов встряхивания, а плотность достигает 1514,0 кг/м3 в нижнем слое и 1347,2кг/м3 в верхнем.

По сравнению с известной формовочной машиной мод. 234М уплотнение смеси возрастает более чем в два раза, КПД составляет свыше 15 %. В этой формовочной машине используется сравнительно мягкая подвеска инерционного блока. Составляющая силы воздействия инерционного блока на фундаментный короб изменяется медленно и достигает величины 280 кН, что в 2,5 раза меньше статического давления.

На подобных встряхивателях, установленных посредством деревянной подушки или пробковой плиты на обычный фундамент, силы воздействия фундамента на грунт больше в 10 и более раз, чем с применением инерционного блока. Экспериментально подтверждено, что применением инерционного блока полностью решает проблему виброизоляции тяжелого встряхивателя и вибрации пола и конструкций агрегатов вблизи формовочной машины не ощущаются.

В заключении отметим, что снижение шума при работе ВПФМ ,также не является неразрешимой задачей.


7. Предложения по проектирования новых и модернизации действующих ВПФМ.


 На основании результатов математического моделирования, экспериментальных исследований и опыта эксплуатации реально действующих в производстве ВПФМ, сделаны ряд предложений и рекомендаций, которые следует учитывать при создании новых и модернизации действующих ВПФМ [6].

К наиболее существенным среди них можно отнести следующее:

1. Известный и наиболее простой уплотнения – прессование имеет основной и почти единственный недостаток – неравномерность уплотнения, особенно при изготовлении высоких и сложных полуформ с узкими зазорами. По мнению автора, единственный путь устранения этого недостатка – предварительное (перед прессованием) уплотнение нижних и средних слоев формовочной смеси, которое наиболее эффективно достигается встряхиванием».

2. Часто режим прессования применяется в комбинации с высокочастотными вибраторами, удар которых по столу обеспечивает его движение вверх по ходу уплотнения от 1,0 до 0,1мм. Такое незначительное движение не может встряхнуть весь объем, защемленный прессом между модельной плитой и прессовой колодкой. Вибратору удается встряхнуть только модельную плиту и опоку и прилегающие к ним слои смеси, для остальных слоев и объемов реализуется лишь кратковременное незначительное повышение сжимающих напряжений. Поэтому, в многопозиционных формовочных машинах уплотнение реализуется на одной или на двух позициях: предварительное уплотнение встряхиванием и окончательное уплотнение прессованием или прессование с вибрацией. Более совершенные машины уже применяют встряхиватель и специальные ударные вибраторы, используемые при прессовании. Выбор оптимальной массы ударника и скорости определяются при моделировании на основании компромисса.

 По характеру движения соударяющихся тел перед ударом встряхиватели можно разделить на 3 типа:

а) – встряхиватели, в которых стол соударяется с неподвижным перед ударом массивным телом (удар стола по станине);

б) – встряхиватели с встречным ударом, в которых стол соударяется с движущимся навстречу ему ударником;

в) – ударник наносит удар по неподвижному столу, разгоняя его вверх, затем стол падает и соударяется со станиной.

Встряхиватели 3-го типа можно назвать механизмами двухударного действия – в каждом рабочем цикле встряхивающего цилиндра реализуется последовательные соударения стола с двумя разными телами. Ударные вибраторы также можно разделить на две большие группы: «универсальные», которые можно использовать для уплотнения смеси как при встряхивании, так и в сочетании с прессованием, и «специализированные» используемые только для активизации прессования. Вибраторы первой группы – это обычные встряхиватели с встречным ударом и с не очень тяжелыми ударниками, параметры которых выбираются компромиссными для проведения предварительного встряхивания и работы при прессовании. Преимуществом вибраторов второго типа является возможность оптимизации параметров и конструкции, направленной на эффективное проведение процесса уплотнения прессованием.

В «универсальных» встряхивателях с встречным ударом пневмопривод выполняют для аккумулировании энергии механическими реже с пневматические пружинами. «Специализированные» вибраторы выполняются по схеме прямого действия, когда воздух из магистрали подается в рабочую камеру и совершается рабочий ход ударника с нанесением в конце хода удара по столу или пресс-поршню. Для повышения частоты ударов используется привод двойного действия, когда движение ударника вниз дополнительно ускоряется воздухом, подаваемым в верхнюю рабочую камеру.

По частоте ударов вибраторы можно разделить на низко- средне- и высокочастотные (соответственно, частота ударов fУД<10Гц, fУД=10÷50Гц и fУД>50Гц). Время вибрирования смеси при прессовании составляет 0,7÷4,0с.

4. С точки зрения уплотнения смеси преимущество дает верхнее расположение пресса, так как при этом более рационально используется инерционность пресс-поршня и прессовой колодки.

5. Многоплунжерные преимущественно гидравлические пресса часто не дают положительного эффекта из-за несовершенства конструкции и нерационального использования энергии жидкости. Наибольший эффект прессования обеспечивается пассивными головками с использованием не только разных давлений жидкости, действующих на плунжеры над разновысокими столбами смеси, но и предварительного профилирования поверхности прессования в соответствии с конфигурацией молельной плиты. Основным недостатком активных головок состоит в том, что они при работе требуют правильной очередности прессования разновысоких столбов смеси прессовыми башмаками.

 Практикой доказано, что в ВПФМ следует использовать только ударные вибраторы с пневматическим приводом как наиболее целесообразным.


 





8.Вопросы для повторения к главе 3


1.      Какие преимущества и недостатки процесса уплотнения встряхиванием и встряхивающих машин?

2.      В чем заключается механизм процесса уплотнения встряхиванием?

3.      Какое влияние оказывает жесткость упругих прокладок на силу удара и ускорение стола?

4.      Какие численные значения имеют параметры удара: скорость падения стола, высота встряхивания и частота ударов?

5.      В чем отключается основное отличие встряхивающего механизма с амортизацией и без амортизации ударов?

6.      В каком случае мощность встряхивающего механизма на эффективность его работы?

7.      Какова роль воздухоподводящей системы встряхивающего механизма на эффективность его работы?

8.      Поясните устройство и работу ВПФМ мод.22111. В чем состоят конструктивные особенности этой машины?

9.      При каких условиях ВПФМ мод.22111 обеспечивается высокая степень уплотнения смеси в узких зазорах оснастки?

10.  Поясните принцип расчета площади цилиндра встряхивающего механизма?