За последние 15 лет возникла возможность выйти на Европейский рынок, рынок Индии и других стран, что требует более дешевого и экологичного производства.

Что бы быть конкурентоспособным на этом рынке, повысить рентабельность производства, за счет повышения качества и понижение брака, необходимо внедрять новые технологии или модернизировать (автоматизировать) имеющие мощности.

Задание к специальной части ВКР: "Модернизация конструкции для приготовления и запрессовки модельной массы".

11. Обзор литературных источников

Процесс изготовления моделей в пресс-формах при ЛВМ включает подготовку пресс-формы, введение в ее полость модельного состава, выдержку модели до затвердевания, разборку пресс-формы и извлечение моделей, а также охлаждение моделей до температуры производственного помещения.

Используют обычно один из следующих способов заполнения пресс-форм модельным составом:

1) свободной заливкой расплава;

2) заливкой под давлением расплава или смеси расплава с порошком твердого наполнителя;

3) запрессовкой в пастообразном состоянии; заливкой под давлением пластифицированных (размягчаемых нагревом) гранул компактного или вспенивающегося термопласта;

4) вдуванием или засыпкой гранул материала, вспенивающегося при последующем прогреве (водой, паром и т.д.).

В отдельных исключительных случаях модели для получения штучных отливок можно изготовить обработкой резанием из блоков вспененного полистирола.

Далее рассмотрим устройства для запрессовки модельной массы в пресс-форму наиболее чаще используемые в производстве.

11.1 Шприцы пистолетного типа для запрессовки модельного состава

Рисунок 1-Шприцы пистолетного типа для запрессовки модельного состава

Пресс-формы устанавливают на стационарных или вращающихся столах. Для заполнения пресс-формы штуцер 6 (рисунок 1, а и б) прижимают к ее литниковому отверстию, после чего нажатием на рукоятку 7 открывают доступ модельного состава из шланга в пресс - форму. Шланг 1 и корпус шприца обогревают проволочным нагревательным элементом мощностью 25 Вт при напряжении не более 36В. Гибкий шланг состоит из рукава 3 из малоустойчивой резины и двух тканевых прокладок 4 и 5, между которыми помещен нагревательный элемент 2. Сверху шланг обматывается киперной лентой.

На рисунке 2 показан шприц конструкции РПЗ. Преимуществом его являются наличие усовершенствованного устройства для включения и возможность регулирования давления.

Рисунок 2-Шприц конструкции РПЗ с регулируемым давлением:

1 - носок; 2 - корпус шприца; 3 - рукоятка шприца; 4 - ограничитель; 5 - фиксатор угла поворота рукоятки крана; 6 - рукоятка крана; 7 - шкала переключения крана; 8 - корпус крана; 9 - микровыключатель; 10 - соединительная гайка; 11 - пастопровод.

11.2 Установка с шестеренным насосом для приготовления модельного состава и изготовления моделей

Установка с шестеренным насосом сконструирована и применена на Ижевском машиностроительном заводе, а затем модернизирована во ВНИИЛИТмаше. Она пригодна не только для составов на основе парафина, но и для смесей с более высокой температурой пастообразного состояния, например типа МАИ, что является положительным отличием этой установки от других.

В верхней части станины 1 установлен шестеренный насос 3, приводимый в движение от электродвигателя 2 через систему клиноременных передач. На этой же станине смонтированы стол 9 для установки пресс-формы, бачок 5 для модельного состава с водяной рубашкой 6, шприц (узел А) и система обогреваемых трубок, соединяющих между собой бачок 5, шестеренный насос и шприц.

Для приготовления пастообразного состава в бачок наливают жидкий состав. Вода в рубашке бачка подогревается с помощью электроспирали, что позволяет точно регулировать температуру и поддерживать ее постоянной. Модельный состав из бачка по трубке 4 засасывается шестеренным насосом, шестерни которого вращаются с частотой 60 об/мин и перегоняют состав по трубке 8 в корпус шприца (через зазор 13 в полость 14) и из нее через трубку 7 вновь в бачок 5. В процессе такой перегонки модельный состав нагревает рабочие полости установки (насос, шприц, трубки), охлаждается и в течение 8-15 мин становится пастообразным.

Пресс-форму 10 ставят на стол 9, который благодаря винтовому устройству может перемещаться в вертикальном направлении. Воронку литника пресс-формы подводят к наконечнику шприца. При этом с помощью золотникового устройства в шприце отверстие трубки 5, подводящей модельный состав от шестеренного насоса, совмещается (как показано на рисунке) с отверстием 15 в трубке шприца, через которое модельный состав нагнетается в полость пресс-формы. Наконечник шприца оснащен электроподогревом.

В процессе запрессовки давление модельного состава регулируют изменением зазора 13 между трубкой 8 и золотником 11. Излишек состава, непрерывно подаваемого насосом, отводится через зазор 13 в возвратную трубку 7. После заполнения пресс-формы давление модельного состава начинает повышаться, в результате чего поднимается клапан 16. При опускании пресс-формы пружина 12

Рисунок 3-Установка с шестеренным насосом для приготовления модельного состава и изготовления моделей

11.3 Пневматический настольный пресс

Для запрессовки применяют рычажные, винтовые, пневматические и гидравлические прессы. Наибольшее распространение получил пневматический настольный пресс (рисунок 4). К основанию 1 болтами прикреплен кронштейн 4, на котором установлены рабочий цилиндр 7 и золотниковый механизм 3. В полость цилиндра через золотниковое устройство подводят сжатый воздух, давление которого 0,4-0,6 МПа. При повороте рукоятки 2 вниз открывается доступ через кран 8 сжатого воздуха в верхнюю камеру цилиндра. При этом воздух из нижней камеры цилиндра выходит в атмосферу через специальное отверстие. Поршень 6 через шток 5 оказывает давление на поршень запрессовочного устройства. Модель выдерживают под запрессовочным давлением до 10 кН, после чего поворотом рукоятки 2 открывают доступ сжатого воздуха в нижнюю камеру цилиндра и одновременно выход для воздуха в атмосферу из верхней камеры. Поршень пресса со штоком поднимается при этом вверх в исходное положение.

Рисунок 4 - Пневматический пресс для изготовления моделей

11.4 Установка для запрессовки модельной массы

Данная установка используется в литейном производстве при литье по выплавляемым моделям для запрессовки модельной массы в пресс-формы, описание и схема которого приведена в патенте № 772681.

Работает установка следующим образом: Предварительно установку приводят в рабочее состояние, для чего в емкость 4 через окно в плите 9 загружают модельную массу 5 в виде кусков и расплавляют за счет тепла жидкости 2, нагреваемый нагревателями 3. Более целесообразно модельную массу загружать в установку в расплавленном состоянии. По регулятору температуры (на чертеже не показан) устанавливают требуемую температуру в зависимости от ее состава и включают установку в режим перемешивания. При достижении требуемой температуры модельной массы установка готова для работы.

Процесс запрессовки модельной массы производиться следующим образом: Подачей воздуха под поршень 11 отводят в верхнее положение прессующий поршень 7, при этом мешалка 8, укрепленная над ним, осуществляет перемешивание модельной массы. После этого воздух подается в полость над поршнем 11 и прессующий поршень 7, перемещаясь вниз, входит в запрессовочный цилиндр 13. В это же время пресс-форма (на чертеже не показана) поджимается к наконечнику 18, и происходит заправка модельной массы.

Избыток модельной массы выдавливается из запрессовочного цилиндра через клапан 14 максимального давления обратно в емкость 4. После запрессовки модельной массы пресс-форма отводится вниз, а подача воздуха переключается в режим подъема прессующего поршня. В этот момент над прессующим поршнем 7 создается вакуум, за счет которого срабатывает клапан 15, открывая доступ модельной массе из емкости 4 в полость запрессовочного цилиндра 13, тем самым облегчая подъем прессующего поршня. Конструкция установки предусматривает возможность вакуумирования модельной массы при малых усилиях с использованием только давления сжатого воздуха через патрубок 17.

В предлагаемой установке прессующий поршень 7 и мешалка 8 имеют один привод, что значительно упрощает ее конструкциюи исключает применение самостоятельного привода для мешалки. Мешалка может быть выполнена, например, в виде диска с отверстиями, которые для улучшения перемешивания могут быть просверлены под различными углами к горизонтальной плоскости. Одновременно мешалка служит направляющей для обеспечения соосности прессующего поршня 7 и запрессовачного цилиндра 13. Кроме обеспечения непрерывного перемешивания мешалка при движении вниз создает подпор модельной массы 5, за счет чего улучшается заполнение запрессовочного цилиндра 13.

Перепускной клапан 14 максимального давления обеспечивает удаление остатков модельной массы из запрессовочного цилиндр, а через перепускной клапан 15 в него поступает свежая порция модельной массы, что повышает надежность работы установки за счет непрерывной циркуляции модельной массы через запрессовочный цилиндр.

В качестве обогреваемой жидкости 2 применяют масло, например веретенное.

Нагреватели 3 выполнены в виде стержней, которые вставляются в отверстия корпуса 1, что обеспечивает возможность их быстрой замены в случае выхода из строя.

Рисунок 5-Установка для запрессовки модельной массы

11.5 Шприц-машина модель 659А

Шприц-машина модели 659А предназначена для приготовления модельной пасты из готовых модельных составов с температурой расплава не выше 80°С и изготовления выплавляемых моделей в ручных пресс-формах методом прессования с допрессовкой при мелкосерийном и серийном производстве точных отливок по выплавляемым моделям.

Шприц-машина мод.659А может эксплуатироваться автономно или в составе линии полуавтоматической для изготовления моделей с избирательным охлаждением пресс-форм модели 6А50.

Шприц-машина обеспечивает выполнение следующих технологических операций:

расплавление твердого модельного состава на паровом радиаторе агрегата плавильного;

приготовление модельной пасты в мешалке шестеренчатой (охлаждение жидкого модельного состава и замешивание в него необходимого количества воздуха);

накопление модельной пасты в сборнике;

запрессовка модельной пасты через шприц в пресс-форму шестеренчатым насосом;

допрессовка модельной пасты с регулируемым давлением;

выдержка модельной пасты под давлением допрессовки в пресс-форме.

Рисунок 6 - Шприц-машина модель 659А

Таблица 1 - Основные параметры и характеристики шприц-машины модели 659А

11.6 Заключение по литературному обзору

В результате литературного обзора была обработана информация о различных типах запрессовки модельной массы. В ходе анализа была выбрана наиболее оптимальная установка - установка для запрессовки модельной массы патент №772681.

Она имеет простую конфигурацию, позволяет сократить производственную площадь, обладает более высокими эксплуатационными показателями. Данная установка выбрана для модернизации с целью сокращения запрессовки и улучшения свойств модельной массы.

В выпускной квалификационной работе необходимо модернизировать выбранную установку, разработать функциональную схему запрессовки модельной массы, провести расчет расхода сжатого воздуха на запрессовку одной пресс-формы, а также сделать аналитический расчет основных элементов установки.

11.7 Модернизация установки для запрессовки модельной массы

Выбранная установка для запрессовки модельной массы имеет ряд недостатков, связанных с расходом воздуха и рабочим циклом, а также с непрерывностью нагрева. Эти недостатки устраняются путем замены и модернизации некоторых узлов установки:

1) замена простого электрического нагрева модельной массы на нагрев с глицерином, что позволит поддерживать постоянную температуру без резких скачков;

2) замена верхней части установки, а именно цилиндра и поршня на более оптимальную - шестеренчатый насос, что позволит сократить расход воздуха и рабочий цикл;

3) замена наконечника ввода модельной массы в форму на шприц с золотником управления, что позволит регулировать запрессовку;

4) изменить механизм подъема стола с ручного на ножной, управление которым осуществляется рале времени;

5) с началом подъема стола запускается насос, что позволяет с сокращением электроэнергии сделать процесс непрерывным.

11.7.1 Описание работы модернизированной установки для запрессовки модельной массы

Шестеренчатый насос засасывает модельную массу по подающей магистрали. Если в данный момент пресс-форма не надавливает на носик шприца, то модельная масса по отводящей магистрали попадает в резервуар. Пресс-форма подается к запрессовочному носику с помощью пневматического стола, нажимает на запрессовочный носик, который толкает золотник управлении.

Происходит запрессовка модельной массы. По окончанию запрессовки давление в канале увеличивается, золотник поднимается вверх и прекращает доступ модельной массы в пресс - форму. Пресс - форма на пневматическом столе опускается вниз. Пневматический стол управляется от педали, далее цикл повторяется.

11.8 Аналитический расчет рабочего процесса устройства

11.8.1 Расход сжатого воздуха на запрессовку одной пресс - формы

Для расчета пневмопривода необходимо знать параметры стола, пресс - формы, поршня, время и высоту подъема плиты.

Исходные данные для расчета:

1) стол изготовлен из алюминиевого сплава диаметром 250 мм, высотой 50 мм. Объем стола равен 0,005 мі. плотность алюминия при комнатной температуре составляет 2700 кг/ мі. Масса стола mст =14 кг;

2) размеры пресс - формы (200х100х90) мм, масса пресс - формы mпр. ф. =1,9 кг.;

3) масса модели, изготовленной из модельной массы mм=0,150 кг;

4) поршень изготовлен из стали 40Х. Диаметр поршня равен 50 мм. Объем поршня равен 0,00019 мі. Плотность стали 40Х составляет 7700 кг/ мі. Длина хода поршня l=250 мм;

5) шток изготовлен из стали 40Х, диаметр штока равен 16 мм.

Сначала рассчитаем массу поршня:

Исходя из того, что объем штока примерно равен 0,00005 мі, определим массу штока:

Суммарная масса будет состоять из следующих показателей:

Определим силу тяжести:

Сила, действующая при запрессовке модельной массы:

Равнодействующая сил, действующих на поршень:

Давление поступает из магистрали и равно 6 МПа.

Проверим, достаточно ли прочности у выбранного пневмопривода и соответствует ли он ГОСТ 15608-70:

1) диаметр цилиндра =50 мм;

2) диаметр штока =16 мм;

3) длина хода поршня =250мм.

Пневмопривод с данными значениями пневмоцилиндра и штока отвечает ГОСТ 15608-70 и имеет следующие параметры:

1) диаметр цилиндра =50 мм;

2) диаметр штока =16 мм;

3) диаметр отверстий для подвода воздуха =8 мм;

4) площадь поршня в полости А =19,6 смІ;

5) площадь поршня в полости Б =17,6 смІ;

6) длина хода поршня =250мм.

Время срабатывания пневмоцилиндра, при полезной нагрузке на пневмопривод и давление в сети р=6атм, по рекомендуемым графикам завмисимости времени срабатывания от полезной нагрузки по Л.А. Горскому равно t=0,28с. Подъем пресс - формы осуществляется за 0,1 с. А скорость движения плиты =0,5 м/с.

Рассчитаем затрачиваемую мощность, исходя из того, что объем сжатого воздуха равен 0,00025 мі:

11.8.2 Подбор шестеренчатого насоса

Конструктивно шестеренчатые насосы представляют собой объемные насосы. Роль рабочего органа выполняют шестерни. При вращении шестерен на стороне всасывания создается разрежение, и жидкость под перепадом давления (атмосферного и на всасывании насоса) заполняет полости между зубьями, перемещается в сторону нагнетания и вытесняется в нагнетательный патрубок.

В соответствии с ТУ 26-06-1558-89 подбирается насос НМШ 0,6-6-0,25/3К, который имеет характеристики, отвечающие техническим и экономическим требованиям.

Технические характеристики выбранного насоса:

1) Q=0,25 м³/час - производительность насоса, подача;

2) Р=0,3 МПа - давление насоса в агрегате;

3) N=0,75 кВт - мощность насоса;

4) N=980 об/мин - частота вращения.

Условные обозначения электронасосного агрегата:

НМШ 0,6-6-0,25/3К ТУ26-06-1558-89

1) НМШ - насос маслянный шестеренный на лапах;

2) 0,6 - подача насоса в литрах на 100 оборотов;

3) 6 - наибольшее давление насоса, кгс/см2;

4) 0,25 - подача насоса в агрегате, м³/час;

5) 3 - давление на выходе из насоса в агрегате, кгс/см2;

6) К - индекс обозначающий материал рабочих деталей насоса, нержавеющая сталь.

11.8.3 Расчет нагревательных элементов

Нагрев модельной массы осуществляется путем передачи тепла от нагреваемой жидкости вокруг емкости с самой модельной массой. Объем емкости с модельной массой Vм. м=20л, а объем емкости с нагреваемой жидкостью Vн. ж. =50л.

В качестве нагреваемой жидкости применяем глицерин, так как он надолго сохраняет тепло, и тем самым устраняет резкие скачки температур.

Запрессовка модельной массы в пресс - форму осуществляется при Т-75-80°С. Для поддержки данной температуры устанавливаются регуляторы температуры. С понижением температуры нагревательные элементы нагревают глицерин до температуры 80°С.

Нагреватели выполнены в виде стержней, которые вставляются в отверстия корпуса, что обеспечивает возможность их быстрой замены в случае выхода из строя.

Подбираем стандартный трубчатый ТЭН:

1) длина ТЭНа =240мм;

2) диаметр =13мм;

3) количество 4 шт;

4) мощность одного ТЭНа N=2,5кВт.

Рассчитаем время на нагрев емкости объемом Vн. ж. =50л с глицерином:

.

Заключение

В данной выпускной квалификационной работе была обработана информация о различных типах запрессовки модельной массы. В ходе анализа была выбрана наиболее оптимальная установка - установка для запрессовки модельной массы патент №772681.

Она имеет простую конфигурацию, позволяет сократить производственную площадь, обладает более высокими эксплуатационными показателями. Однако, выбранная установка имеет ряд недостатков, связанных с расходом воздуха и рабочим циклом, а также с непрерывностью нагрева. Все эти недостатки были устранены путем замены и модернизации некоторых узлов установки.

Разработана функциональная схема запрессовки модельной массы, произведен расчет расхода сжатого воздуха на запрессовку одной пресс-формы, а также сделан аналитический расчет основных элементов установки.

Список использованной литературы

1. Литье по выплавляемым моделям.В.Н. Иванов, и др., под общей ред.Я.И. Шкленника и В.А. Озерова. - 3-е изд. Переработанное и доп.М. Машиностроение 1984. - 408 с., ил.

2. Технология литейного производства: Специальные виды литья. /Учебник для студ. высш. учеб. заведений/ Э.Ч. Гини, А.М. Зарубин, В.А. Рыбкин; Под ред.В.А. Рыбкина. - М.: Издательский центр "Академия”, 2005. - 352 с.

3. Специальные способы литья: Справочник/ В.А. Ефимов, Г.А. Анисович, В.Н. Бабич и др.; Под общ. ред.В.А. Ефимова. - М.: Машиностроение, 1991. - 436 с.

4. Справочник конструктора - машиностроителя. Анурьев В.М. В 3-х т. Т.2-изд.8-е., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестоковой - М.: Машиностроение, 2001. - 912 с.: ил.

5. Матвеенко, И.В. Оборудование литейных цехов: Учебник для вузов. - М.: Машиностроение, 1985. - 400 с.

6. Аксенов, П.Н. Оборудование литейных цехов. М.: Машиностроение 1977.

7. Сафронов, В.Я. Справочник по литейному оборудованию. М.: Машиностроение, 1985, - 320 с., ил.

8. Шуляк, В.С. Проектирование литейных цехов: Учебное пособие, 3-е изд., стереотип. - М.: МГИУ, 2007. - 92 с.

9. Основы проектирования литейных цехов и заводов: Учебник для вузов по специальностям МиТЛП/ Л.И. Фанталов, Б.В. Кнорре и др. Под ред. Б.В. Кнорре - 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1979. - 376 с., ил.

10. Миляев, А.Ф. Проектирование новых и реконструкция действующих литейных цехов: Учебное пособие. - Магнитогорск: МГТУ им.Г.И. Носова, 2001. - 410 с.

11. Белов, С.В., Ильницкий А.В. и др.; под общ. ред. С.В. Белова. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов - 2-е изд. испр. и доп. - М.: Высш. шк., 1999. - 448 с.

12. Матвеенко, И. В.; Оборудование литейных цехов: Учебник для учащихся средних специальных учебных заведений-2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение., 1985. - 400 с., ил.

13. Аксенов, П. Н.; Оборудование литейных цехов. Учебник для машиностроительных вузов - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение., 1977. - 510 с., ил.

14. Маслов, А.Ф. Экономика, организация и планирование литейного производства: Учебник для машиностроит. техникумов по спец. ЛП. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1985. - 288 с., ил.

15. Новицкий, Н.И. Организация производства на предприятиях: Учеб. - метод. пособие. - М.: Финансы и статистика, 2004. - 392 с.: ил.

16. ГОСТ 3.1125-88. Правила графического выполнения литейных форм и отливок.

17. ГОСТ 26645-85. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку.

18. ГОСТ 25199-82. Оборудование пылеулавливающее. Термины и определения.

19. ГОСТ 12.2.043-80. Оборудование пылеулавливающее. Классификация.

20. ГОСТ 12.1.005-88. "Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования".

21. Руководство 2.2.2006-05 "Гигиенические критерии оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса" (утв. Главным государственным врачом РФ 29 июля 2005г.)

22. Правила безопасности в литейном производстве (ПБ 11-551-03) 5.6.1 (утв. постановлением Госгортехнадзора РФ от 24.04.03 № 16)

23. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4.548-96 "Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений" (утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 1 октября 1996 г. N 21)

Размещено на Allbest.ru