автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Совершенствование технологии и оборудования литья по выплавляемым моделям в условиях мелкосерийного производства

о

о

УДК...&ДЛ7А.045 На правах рукописи

СУСЛОВ АЛЕКСАНДР ЕГОРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ЛИТЬЯ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ В УСЛОВИЯХ МЕЛКОСЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность - 05.16.04 Литейное производство

Автореферат

ДИССЕРТАЦИИ

па соискание ученой степени кандидата технических наук

РЫБИНСК - 1997

Работа выполнена в Рыбинской государственной авиационной технологической академии

Научный руководитель: Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

кандидат технических наук, профессор Жуков A.A. доктор технических наук, профессор Серебряков С.П.

доктор технических наук, профессор Лебедев П.В. кандидат технических наук, доцент Королева М.М.

АО "Рыбинские моторы", г. Рыбинск

Защита состоится '../..' ^.ТЯ^Я 1997 года, в й. часов на заседании диссертационного совета К 064.42.02 Рыбинской государственной авиационной технологической академии.

Адрес: 152934, г.Рыбинск, Ярославской обл.,ул.Пушкина, 53, РГАТА, тел. (0855) 520290. Факс (0855) 528688.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственной авиационной технологической академии.

Рыбинской

Автореферат разослан \£.!СШЩ991 г.

Ученый секретарь | у Иванов Ю.Н.

диссертационного совета

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Повышение технико-экономических показателей производства отливок при литье по выплаляемым моделям (ЛВМ) является важной и актуальной задачей.

Современный уровень технологии и оборудования для ЛВМ не отвечает требованиям многономенклатурного мелкосерийного производства точного литья. Здесь важно комплексное согласование разных технологических процессов, производительности установленного оборудования, их экологической чистоты и обеспечение малых затрат ручного труда.

Выпускаемое промышленностью оборудование ЛВМ для мелкосерийного производства не в полной мере соответствует решению всего объема производственных задач.

Для условий Волжского машиностроительного завода в начале 90-х

годов возникла потребность в выпуске точных стальных и алюминиевых отливок массой от 0,015 до 4,5 кг, серийностью от 150 до 10000 шт в год, с номенклатурой более 150 наименований и общим выпуском литья до 300 т в год.

Совершенствование технологии литья по выплавляемым моделям с целыо обеспечения необходимого качества отливок и снижения их себестоимости, а также обеспечение "гибкости" технологических процессов, является весьма актуальной проблемой,особенно для многономенклатурного мелкосерийного производства.

Эффективное решение этой проблемы возможно только на основе комплексного подхода к системе "технология - оборудование".

Работа проводилась в соответствии с заданием на проектирование цеха точного литья Волжского машиностроительного завода МинСреаМаша от

22.04.1980 г.

Автор непосредственно занимался разработкой технологического проекта цеха, при этом возникла необходимость создания нового (в совокупности с типовым) комплексного оборудования: подготовки материалов; изготовления моделей; изготовления форм; формовки, прокалки, заливки, охлаждения и выбивки литейных форм; выщелачивания керамики из отливок.

При этом выявился ряд вопросов технологии и оборудования, недоста-аточно обеспечивающих экологию труда и качество отливок. В частности, при изготовлении керамических форм на операции приготовления суспензии перелив и дозирование кислоты (имеет место на всех литейных предприятиях) выполнялся вручную в условиях выделения вредностей, превышающих п.д.к.; при выплавлении модельного состава (МС) из керамических форм (КФ) имели место значительные потери МС, большие остатки МС в КФ снижали качество последующего прокаливания КФ; типовая термическая электропечь также не обеспечивала качества прокалки КФ.

Эти проблемные вопросы решены посредством научного подхода с проведением экспериментальных и теоретических исследований.

Цель работы

Создание технологических и конструкторских решений по технологии и оборудованию ЛВМ, обеспечивающих изготовление отливок при высоком качестве и экономном расходовании материалов, энергии и трудозатрат в условиях мелкосерийного производства, на основе которых разрабатывалось и изготавливалось оборудование, проектировался и введен в действие новый литейный цех. Для достижения цели разрабатывались следующие направления: I- исследование и совершенствование технологии ЛВМ; И- разработка и совершенствование оборудования для ЛВМ.

По направлению I определена научная задача: "Разработка методов повышения качества изготовления, выплавление и прокаливания керамических форм при ЛВМ"

По направлению II работа выполнена с использованием научно-технических достижений, производственного опыта и полученных автором научных результатов.

Научная новизна

1. На основании исследования процесса выплавления модельного состава из керамической формы в горячей воде:

- установлено, что фактором термо-напряженного состояния при выплавлении МС является возникновение модельного давления, а фактором его снижения является обеспечение фильтрации МС через оболочку КФ;

установлена взаимосвязь между кинетикой расплавления МС и фильтрационной способностью оболочки;

- определены условия выплавления, исключающие трещинообразование в оболочке и ее разрушение.

2. На основании исследования процесса прокалки керамических форм:

- разработаны рекомендации по обеспечению окислительного воздухообмена в электронагревательной печи;

- теоретически и экспериментально обоснована возможность низкотемпературной прокалки КФ с вакуумированием (НТПВ).

- разработан метод расчета температурно-газового режима НТПВ;

- разработаны методика и устройство для определения газопропроницаемости КФ вакуумированием.

3. Разработан способ дозирования и перелива кислоты, а также методика проектирования оборудования, обеспечивающего безопасность и экологическую чистоту процесса приготовления огнеупорной суспензии для КФ.

Практическая значимость результатов работы

Способ дозирования и перелива кислоты обеспечивает экологически чистые и безопасные условия процесса на операции приготовления суспензии,следствием этого является повышение качества изготовления керамических форм и улучшение условий труда.

Методы фильтрации МС, вакуумного отсоса и отделения МС от воды при выплавлении МС из КФ в воде позволяют снизить технологические потери МС в 2 раза и сократить объем МС в обороте цеха в 1,35 раза, что значительно повышает качество процесса выплавления керамических форм.

Рекомендации по модернизации прокалочной печи обеспечивают воздухообмен окислительной атмосферы электронагревательной печи,- это позволяет повысить качество прокалки КФ и снизить энергоемкость на 10%.

Способ низкотемпературной прокалки КФ с вакуумированием позволяет сократить время прокалки в 8 раз, снизить трудо-, материало-. энергоемкость, повысить качество прокаливания КФ и является перспективным мероприятием внедрения в производство.

На основе полученных научных результатов и экспериментальных исследований и комплексного подхода разработано 5 видов оборудования для изготовления отливок в цехе ЛВМ:

1. Комплект оборудования подготовки формовочных материалов;

2. Комплект оборудования молельной массы;

3. Комплект оборудования изготовления керамических форм;

4. Комплект оборудования формовки, прокалки, заливки, охлаждения и выбивки литейных форм, плавки и термообработки;

5. Оборудование выщелачивания литья и очистки сточных вод.

Реализация результатов работы

Все технические решения внедрены в производство на АО ВМЗ.

Технология и оборудование обеспечивают изготовление отливок с высоким качеством литья и расчетной производительностью.

Экономическая эффективность от совершенствования технологии и оборудования (СТО) по научным фрагментам работы составляет 60 млн. руб в год на экономии материалов и электроэнергии.

Апробация работы

Основные результаты работы доложены и обсуждены на производственно-технических семинарах Пинского завода литейного оборудования в 198бг и Тираспольского завода литейных машин в 1987г., а также на региональной научно-технической конференции по литейному производству в Рыбинске 1993г.,на Российской конференции "Новые материалы и технологии" в Москве, МАТИ, 1994г.,на научно-технических конференциях в РГАТА 1994-96г.г.

Публикации

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 6 печатных трудах и 1 авторском свидетельстве.

Личный вклад автора

По своим разработкам автор выдал 5 технических заданий на проектирование комплексного оборудования для цеха ЛВМ, включающего более 70% операций производства отливок. По этим заданиям отдел 14 СвердНИИХиммаш разработал конструкторскую документацию на оборудование, последнее изготовлено на ВМЗ.

Автор разработал технологическую часть проекта цеха ЛВМ, с ее использованием Ленинградский ВНИПИЭТ выполнил комплексный проект цеха точного литья. По этому проекту построены и эксплуатируются цехи точного литья на Волжском машиностроительном и Свердловском радиохимическом заводах.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 174 стр. машинописного текста, включает 55 иллюстраций, 10 таблиц, состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы из 64 наименований и приложения.

2. АНАЛИЗ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛВМ

2.1. Выплавление модельного состава 2.1.1. Давление и фильтрация модельного состава

Посредством критериев подобия Сг, Рг, \ти, В1 выполнен анализ температурного поля. Принято, что теплопередача от воды к модели через оболочку идет чистой теплопроводностью и из-за низкой теплопроводности МС и крутого температурного градиента тепловой поток используется на расплавление слоя модели. При этом возникает термо-напряженное состояние "модель-оболочка".

Увеличение объема модели вследствие термического расширения МС при переходе из твердого в жидкое состояние можно выразить формулой:

Уж = Ут • Рт / Рж, М3, где Ут- первоначальный объем расплавляемого МС, м3; Уж- объем жидкого МС от расплавления Ут, м3; рт- плотность твердого МС, рт = 930 кг/м3 (при 20 °С); рж- плотность жидкого МС, рж = 890 кг/м3 (при 100 °С). Давление жидкого модельного состава /Рмс/ в замкнутом объеме при его расширении определяется по формуле:

Рмс = (ДУ* / УЖ)'Е, Па, или ДР = р • ДТ • Е, Па, где ДУЖ- приращение обьема расплавленного МС вследствие его термического расширения, м3; р- коэффициент объемного расширения; ДТ- перепад температуры, К; £- модуль упруга с ти МС, .

Снижение молельного давления можно обеспечить за счет фильтрации МС через оболочку КФ.

Если рассматривать оболочку как пористую. среду, то для расчета фильтрации можно использовать формулу [ 1 ]:

УФ = (Б • Рф • К ■ т) / • 5Ф), м3, где Уф -возможный объем профильтровавшегося МС,м3 ; 5- площадь поверхности фильтрации, м2; К - проницаемость оболочки, м2 ; т - время фильтрации, с; уд- динамическая вязкость МС, Пас; 5ф - толщина стенки оболочки, м; Рф- давление фильтрации, Па; Рф = ДРм); допускаемое давление Рф определяется прочностью оболочки /сти/.

Согласно [ 2 ] давление жидкого МС, способное вызвать напряжение разрушения ^ , составляет: Сгмр. = 0,02 ■ аи . - В качестве испытуемой жидкости использовался глицерин с вязкостью 1,5 Па-с. Примерно такую же вязкость имеет модельный состав при температуре 60 "С.

Стадии процесса Факторы влияния

Следовательно, условием неразрушения оболочки формы при выплавлении МС должно быть: Рф < стгадР. = 0,02 • аи .

Таким образом при выплавлении нельзя допускать возрастания Рм больше критического Рф = 0,02 • <ти. ------------------------------------------------

При фильтрации жидкого модельного состава через оболочку КФ часть объема приращенного МС под возникающем модельным давлением вытесняется из зоны расплавления, тем самым снижается модельное давление и автоматически стабилизируется процесс выплавления: Рм = [(Д\'ж - Уф) / \'ж] • Е, Па.

Фильтрационная способность оболочки керамической формы /Уф/ должна быть больше объема приращения жидкого модельного состава МУж/ в единицу времени выплавления: Уф > ДУЖ.

При этом возникающее модельное давление полностью используется на фильтрацию МС и разрушения оболочки не произойдет.

Важными (опорными) факторами процесса выплавления являются температура воды, прочность оболочки и вязкость жидкого МС.

Когда же произойдет возникновение жидкого компенсационного слоя между моделью и оболочкой КФ, модельный состав начнет выходить из керамической формы через литниковый стояк, фильтрация МС в поры оболочки прекращается.

Алгоритм расчета процесса выплавления показан на рис. 1.

Полученные результаты использованы как технолошческие параметры при разработке и внедрении "Установки выплавления МС".

Практически, поддерживая температуру воды близкой к кипению, скорость погружения и движения КФ 0,! м/с, обеспечивая время выплавления 10.. 12 мин, достигается процесс выплавления МС из КФ без разрушения оболочки(рис.2,а).

2.1.2. Метод вакуумного отсоса объемных остатков модельного состава т керамических форм

Сущность метода заключается в том,что оставшиеся в теневых зонах полости модели объемные остатки МС (рис.2,б) удаляются введением

вакуумируюшего шланга в полость литникового стояка КФ. При этом вода из полости стояка отсасывается, а жидкий МС из зон полостей моделей, расположенных выше питателей, сливается через питатели в стояк и вместе с водой отсасывается в сборник, а после отключения вакуума сливается в ванну выплавления (рис.2,в). При давлении в вакуумной системе 0,04...0,05 МПа цикл отсоса МС из КФ длится 3...4 секунды.

Вакуумным отсосом обеспечивается полное удаление объемных остатков МС из КФ. Одновременно из КФ отсасывается и шламовая керамика, попавшая в полость стояка от подрезки торца КФ перед выплавлением.

2.1.3. Метод отделения модельного состава от воды

Рассматриваются две стадии отделения МС от воды - удаление МС < поверхности воды ванны выплавления и - накопление и отделение МС от водь в сборнике-отделителе с его откачкой насосом. Обе стадии проходя: одновременно, в автомагическом режиме.

Удаление МС с поверхности воды ванны выплавления основано н; использовании гидравлических основ водослива.

Расход жидкости (<3*) для водослива, (с тонкой стенкой) можш рассчитать по формуле:

= т ■ В • Н • • Н ,м3/с, где т - коэффициент расхода, ш = 0,52;

Н - общий напор сливного слоя,"м, Н = Ь + б, Ь = 2б; В - ширина водослива, м; И - высота сливного слоя воды, м; б - толщина пленки МС, м, б = 0,4 мм;

(Зж = + <2»; Оме: СЬ = 1:2,5. Практически при <3мс = 60 дм3 /ч расход воды = 150 дм31ч.

Устройство для отделения МС от воды разработано на основе уравнеш Бернулли применительно к жидкостям с разной плотностью и нераствориць друг в друге.

По мере накопления МС в сборнике над слоем воды создает дополнительное гидростатическое давление, под его действием вода сборника выжимается в отделитель и уходит на слив. При этом уровень во, в сборнике опускается, а высота слоя МС увеличивается.

Изменение уровней МС в сборнике определяется зависимостью:

Ув = (1 - Рмс / Рв) Нмс = Нвмс, 1

Ун = (рмс / Рв) Нмс = Ннмс, I

Нмс ~ Нвмс Ннмс, I

где У в и Ун- верхний и нижний уровни МС, м; I

рв- плотность воды, кг/м3, при 100 °С р8 = 960 кг/м3; I

рмс- плотность МС, кг/м3, при 100 °С рмс = 890 кг/м3; I

Нмс- общая высота слоя МС, м; I

Нвмс и Ннмс- высота верхнего и нижнего слоя МС, м. ■

Рис. 2.Выплавление МС из КФ в горячей воде: а- установка выплавления;б- объемные остатки МС в полости КФ; в- удаление объемных остатков МС из КФ вакуумным отсосом;

I- ванна с горячей водой; 2- карусель (привод не показан); 3-касета-рамка с КФ; 4 - сборник МС; 5 - насос-помпа; 6 - поплавок-датчик уровня; 7, 8- ВК верхнего и нижнего уровня; 9-отделитель МС от воды; !0- подвод воды;

II-слив воды; 12,¡3- краны слива воды из сборника и ванны; 14- электронагреватель; 15-термометр злектроконтактный; 16- кожух вентотсоса;

17- теплоизоляция; 18- подвод сжатого воздуха; 19- сливной порог; 20-стояк КФ; 21- шланг отсасывающий; 22- сборник; 23- вакуумная система; 24- кран;

утштп

— — —= - вода;

) Ь11|||!|

- модельный состав

За начало отсчета принят уровень воды в сборнике при установившемся поте ке воды без МС. Принимая минимальную остаточную высоту воды, равной 5 мм и учитывая максимальный уровень МС, равный уровню сливного порог; определяют конструктивные параметры отделителя МС от воды.

Удаление МС с "зеркала" ванны выплавления исключает образован! адгезионного пленообразования МС на оболочке КФ, чем снижается общ< количество остаточного МС в КФ. Отделение МС в жидком виде от воды П( зволяет исключить омыление МС и его регенерацию, при этом повышаете качество возврата МС, снижаются его потери и улучшается материальный б; ланс МС.

2.2.Ннзкотемпературная прокалка керамических форм без опорного наполнителя с вакуумированием

Проведены работы по низкотемпературной прокалке КФ на этилсил катном (ЭТС) связующем с водным гидролизом и наполнителями из криста. лического кварца после выплавления парафино-стеаринового МС ПС50-50 горячей воде.

Процесс низкотемпературной прокалки с вакуумированием основан i фильтрации горячего воздуха через оболочку КФ при температуре ниже пол морфных превращений кварца (573 °С) (рис.3). При этом достигается:

- сушка КФ с получением оптимальной прочности;

- удаление остатков МС из КФ путем окисления углерода МС.

Условия покалки:

- температура прокалочной среды- 500...550 "С;

- непрерывная фильтрация горячего воздуха через оболочку КФ.

Предметом исследования является установление:

- расхода воздуха через оболочку КФ во время прокалки;

- перепада давления, обеспечивающего фильтрацию воздуха через оболоч КФ без ее разрушения.

Расход воздуха (QB) через КФ, как пористую среду, и давление (ДР) могут быть рассчитаны по формулам:

Qb = (S • Р • К) / (v • б), м3 /с; [ДР] = Кф (ои • бос) / loe, Па, где S- площадь фильтрации (поверхности полости КФ), м2; ДР- перепад дав; ния вне и внутри оболочкии КФ, Па; v- вязкость воздуха при температуре оп та, Пас; б- толщина стенки оболочки КФ, м; К- проницаемость порист среды, м2 ; бос- толщина стенки КФ в опасном сечении, м; 10с- характера размер опасного сечения, м;

г=20°с

Ыв=2„. 4 (дма/с)/.;ф

> . Вакуум,

.-Рр=-0,01.,г0,02

МПа

^ печи, » яозяуха

керлмической Формы

С + Од -. СОд —

со* "сдувается"-ялкуумировянивм

со2,

д^з

224

МИН

Рис.3.Низкотемпературная прокалка керамических форм с вакуумированием: а - устройство низкотемпературной прокалки КФ: 1 - печь; 2 - вакуумный поддон (ложемент); 3 - керамическая форма; 4 - нагреватель; б - диаграмма прокалки одной керамической формы:. !, "С - температура нагрева; т,мин - время прокалки; С,г; С,%; Сост.,%- содержание углерода в КФ; С02,дм3 - количество углекислого газа

Кф- коэффициент,зависящий от конфигурации опасного сечения; с„- предел прочности оболочки КФ на изгиб, Па;

Определение газопроницаемости КФ

Разработано устройство испытания КФ на газопроницаемость вакуу-мйрованием КФ при комнатной температуре.

¡Результаты испытаний согласуются с теоретическими расчетами. Установлены оптимальные показатели для одной КФ:

- перепад давления ДР = 0,01...0,02 МПа;

- расход воздуха С>в(20) = (3Д.,6,0) • Ю-3 м3 /с при 20 °С или

С?в(500) = (1,5...3,0) • 10-з мз /с при 500 °С.

- удельный расход воздуха на единицу площади оболочки КФ: рву(20) = 0,00375(дм3/с)/см2; <2ву(500) = 0,00187(дм3/с)/см2.

Потребный (расчетный) расход воздуха во время процесса прокалки в течение 30 минут составляет 0,58-Ю-3 м3/с, что меньше пропускной способности оболочки КФ.

Опытные работы по низкотемпературной прокалке КФ конусной литниковой воронкой устанавливается на сферический вакуумируемый ложемент, при этом конус воронки и сфера ложемента создают опорно-герметизирующий контакт. После этого включается вакуумная система и полость КФ вакуумируется.

За счет перепада давления внутри и снаружи КФ происходит фильтрация горячего воздуха через оболочку КФ. Оболочка формы прогревается, пары влаги удаляются, остатки МС термодеструкцируются. Углерод МС окисляется по реакции: С + Ог = СОг.

; Образующиеся продукты горения (СОг и сопутствующий ему N2) непрерывно удаляются из полости КФ в вакуумную систему. Физические условия процесса прокалки:

- температура воздуха в зоне прокалки КФ- 500...550 °С;

- давление в вакуумной системе 0,01...0,02 МПа; -время рабочего процесса прокалки- 20...30минут.

Контроль содержания остаточного углерода МС в КФ выполнялся в цеховой экспресс-лаборатории на газоанализаторе АН-7925. КФ после выплавления МС в воде содержали С0ст.= 3,6...0,46%, а после прокалки НТПВ содержание С ост.= 0,033...0,029%.

Опытные работы подтвердили теоретические расчеты и практическую возможность выполнения низкотемпературной прокалки керамических форм с вакуумированием.

2.3. Дозирование и перелив кислоты ( Д П N ) '

Разработан экологически чистый и безопасный способ- дозирования и • перелива кислоты и устройство для его осушествления, исключающее открытый контакт человека с кислотой, сущность которого заключается в следующем (рис. 4).

Сжатый воздух низкого давления (0,04 МПа) готовится в герметичном сосуде (аккумуляторе) под давлением водяного столба от питателя воды, поступает через гидрозатвор с обратным клапаном на распределительный коллектор. Аккумулятор по мере расхода воздуха периодически перезаряжается.

Кислота в бутылях находится под давлением воздуха и при открытии кислотостойкого крана переливается в дозатор. Другим краном в дозатор подается воздух,вытесняя кислоту в расходную емкость с водой.

Наполнение дозаторов и перелив кислоты управляется кранами при визуальном наблюдении за уровнем кислоты в закрытых мерных дозаторах.

Гидравлическая модель ДПК

При переливе кислоты под напором воздуха необходимо создать давление воздуха, определяемое по уравнению Бернулли для свободной поверхности кислоты в расходной емкости и условий движения кислоты в распределительной трубе:

Р| / р2 = г + а- З2 ^ + где Ъ - расстояние от плоскости сравнения, м;

Р1 - давление воздуха (избыточное), кг/м2;

р2- плотность кислоты, кг/м3;

а- коэффициент Кориолиса;

3 - средняя скорость потока кислоты в трубе, м/с; путевые потери напора, м.

Примем для расчета наиболее напряженный участок - перелив серной кислоты из бутыли в дозатор: расход кислоты <3к=10-5м3/с; диаметр распределительной трубы с! = 8'Ю-3 м, площадь живого сечения трубки тока Ра = 5-10'5 м2, высота подъема (перелива) кислоты Н = 1,5 м. Расчеты показывают:

Н^ = а • 92 / 2g = 0,002 м; Ьчу = £ • Э^ / 2% = 0,18 м. Из-за малого значения скоростным напором можно пренебречь, тогда расчетная формула примет вид: Р1 = рг • № + Ь\у), откуда определим необходимое давление воздуха: Р( = 3,12 -103 кг/м2.

Рис. 4. Схема гидравлическая дозирования и перелива кислоты: 1- питатель воды; 2- аккумулятор сжатого воздуха; 3- обратный клапан; 4- коллектор воздушный; 5- манометр; 6- бутыль с кислотой; 7- дозатор; 8- сборник; В- вода; Г- гидрозатвор; Д- дренаж; Н- нейтрализатор; . Н] - высота водяного столба от питателя воды до аккумулятора; Ш- высота подъема кислоты из бутыли в дозатор; Нз- высота перелива кислоты из дозатора в сборник; Р1- плотность воды; рг- плотность кислоты; Р| и V; - давление и объем воздуха в аккумуляторе

Расчетная формула для определения гидравлических напоров в аккумуляторе (исходя из уравнения Бернулли) имеет вид:

Р] / р! ,где р! - плотность воды, р:_= Ю3.кг/м3, откуда: Хъ - 3,12 м. Принимаем Zo = 4 м = Н.

С учетом колебания Ш в пределах ДН|, давление Р1 составит 0,32..0,4 кг/см2, что соответствует условиям работы устройства.

Полезный объем У\ аккумулятора должен быть достаточным для дозирования полного объема кислоты (н.п.,объем бутыли Уб = 20 дм3, количество бутылей N6=2) и перелива кислоты из дозаторов с учетом их объема и количества выдаваемых доз (н.п.объем дозатора Уд = 0,5дм3 количество дозаторов Кд=2, количество доз из каждой бутыли п=80) при давлении Р) = 0,4 кг/см2.

У]Р) > N6 -Уб ■ Р| + • Уд • Р1 • п, откуда VI = 120 дм3.

Полный объем аккумулятора (У0) состоит из полезного объема воздуха (УГ) и баластного объема воды (Ув). Уо = V) + Ув.

С другой стороны, под действием воды с давлением Р| первоначальный объем воздуха У0 в сосуде аккумулятора с давлением Р0 = 1,0 кг/см2 изменяется до объема У[ и Рагз = 1,4 кг/см2. У0 • Ро = VI • Рот, Уо = VI • Рата / Ро. Уо = 168 дм3. Ув = 48 дм3.

Для защиты устройства от воздействия паров кислоты и исключения обратного действия давления воздуха из бутыли с кислотой при отключении аккумулятора разработан гидравлический затвор двойного (прямого и обратного) действия (рис. 4,г), расчетная часть его выполнена на основании уравнения Бернулли по формуле: = Р1 /р5, где /,- высота столба жидкости от обратного действия давления Р| , р3- плотность жидкости в гидрозатворе. В данном примере в качестве жидкости используется вода со слоем минерального масла. = 4 • 103 / 103 = 4 м. Гидрозатвор представляет собой сосуд с и-образной капиллярной трубкой, поднятой на расчетную высоту.

Гидрозатвор в аккумуляторе (прямого действия) представляет собой трубу с обратным клапаном, поднятую выше уровня воды в питателе, при этом, в случае переполнения сосуда аккумулятора водой, вода в выходной трубе не может подняться выше уровня воды в питателе (вследствие сообщающихся сосудов и равенства гидравлических напоров на входе и выходе аккумулятора).

На основании показанной методики расчета разработано "Устройство дозирования и перелива кислоты" в комплекте оборудования для приготовления суспензии при изготовлении КФ.

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

На основании проведенных исследований получены следующие основные научные и практические результаты.

1. Выполнен сравнительный анализ современных типовых технологических процессов и оборудования для ЛВМ применительно к мелкосерийному многономенклатурному производству. Выявлены недостатки и определены основные направления по совершенствованию типовых технологических процессов и оборудования.

2. Составлен материальный баланс МС и проведен статистический анализ брака, что позволило выявить характерные статьи потерь МС и определить задачи по улучшению этих показателей.

3. Проведено исследование механизма процесса выплавления МС в воде. Установлена взаимосвязь между расплавлением и фильтрацией МС. Определены условия выплавления без разрушения КФ. С использованием результатов исследования разработана и внедрена в производство "Установка выплавления МС" с автоматическим регулированием уровня воды, вакуумным отсосом объемных остатков МС из КФ, сбором и отделением МС от воды и передачей МС в жидком виде на модельный участок, что позволило снизить остаток МС в КФ в 7 раз, уменьшить потери и исключить регенерацию возврата МС,сократить расход свежих добавок МС в 2 раза, а также улучшить условия труда.

4. Проведенно исследование процесса высокотемператуной прокалки. Разработаны рекомендации по обеспечению окислительного воздухообмена в прокалочной печи. С их учетом модернизирована типовая электронагревательная печь СТО-10.60.5/10, что дало снижение потерь от брака по газовым раковинам и засорам в 4,7 раза,повышение производительности на 15% и уменьшение расхода электроэнергии на 10%.

5. Разработаны основы низкотемпературной прокалки керамических форм с вакуумированиеМ без опорного наполнителя. Выполнены расчеты режимов фильтрации воздуха через КФ, на основании которых определены необходимые технологические режимы. Разработана оригинальная методика и установка для определения газопроницаемости КФ вакуумированием, которая может быть использована для оценки фильтрационной способности КФ при НТПВ. Способ НТПВ является перспективным для практического внедрения в условиях мелкосерийного производства ЛВМ.

6. На основе использования закономерностей гидростатики и гидродинамики разработан способ дозировки и перелива кислоты с использованием водно-

воздушного аккумулятора низкого давления, обеспечивающий экологически чистые и безопасные условия труда при изготовлении КФ.

7. Усовершенствован ряд основных технологических операций и соответствующих видов оборудования. Разработано пять комплектов технологического оборудования для цехов ЛВМ в условиях мелкосерийного производства:

- комплект оборудования для подготовки формовочных материалов, на котором выполняются технологические операции (ТО):

- мойка песка способом водно-воздушного барботажа;

- сушка песка в пневмопотоке с электронагревом воздуха;

- просев песка и маршалита в виброситах;

- пневмотранспорт песка, маршалита и электрокорунда;

- комплект оборудования для выполнения ТО выплавления МС и изготовления моделей:

- выплавление МС с отделением его от воды, транспортировка МС в жидком

виде на участок подготовки;

- подготовка жидкого и приготовление пастообразного МС;

- изготовление стояков модельных блоков намораживанием;

изготовление моделей по индивидуальным пресс-формам на водоохлаждаемом карусельном столе с пантографным шприцем;

- комплект оборудования для выполнения ТО изготовления КФ:

- дозирование и перелив жидких компонентов суспензии (в т.ч. кислоты -экологически чистым способом);

- приготовление суспензии совмещенным способом без органических

растворителей;

- нанесение покрытия с обсыпкой в кипящем слое;

- сушка КФ в потоке воздуха в вертикально-конвейерном сушиле;

- комплект оборудования для формовки, прокалки, заливки, охлаждения и

выбивки КФ, на котором выполняются ТО:

- формовка КФ в опорном наполнителе;

- высокотемпературная прокалка КФ в проходных электропечах;

- заливка КФ механизированным способом;

- охлаждение литейных форм в охладительной камере;

- кантовка и выбивка форм на вибрационной выбивной решетке;

- комплект оборудования для выщелачивания керамики из отливок в щелочном растворе и очистки сточных вод.

Основное содержание работы отражено в публикациях:

1. Суслов А.Е..Жуков A.A..Серебряков С.П. "Высокоэффективная технология удаления выплавляемых моделей" /И.Л. № 138-94, Ярославский ЦНТИ, 1994г.

2. Суслов А.Е., Жуков A.A..Серебряков С.П. "Высококачественный технологический процесс прокалки форм для ЛВМ" /И.Л. № 137-94, Ярославский ЦНТИ, 1994г.

3. Суслов А.Е., Жуков A.A., Серебряков С.П., Ларионов А.Я. Низкотемпературная прокалка КФ ЛВМ: Тезисы материалов Российской научно-технической конференции. -Рыбинск: РГАТА. -1996.4. Суслов А.Е.,Жуков A.A.,Ларионов А.Я..Серебряков С.П. Совершенствование технологического процесса прокалки КФ ЛВМ: Материалы Российской научно-технической конференции. -Москва: МГАТУ, 1994. -С.93.

5. Суслов А.Е. Совершенствование оборудования ЛВМ в условиях мелкосерийного производства / Сб. "Оптимизация технологических процессов и управления качеством при производстве фасонных отливок" (тезисы докладов научно-технической конференции)/РАТИ. -Рыбинск,1993. -82с.

6. Суслов А.Е., Москалец В.Д. "Способ выбивки литейных форм, изготовленных методом вакуумно-пленочной формовки" / A.c. № 1235651, 1986г.

7. Суслов А.Е. Совершенствование технологии и оборудования для выплавки модельного состава из керамических форм / Сб. "Прогрессивные технологические процессы и высококачественные сплавы в литейном производстве", Рыбинск, 1995г., -152с.

Литература:

1. Аравин В.И., Нумеров С.Н. Теория движения жидкости и газов в недеформируемой пористой среде . - М.: Машгиз, 1953. -317с.

2. Чернов Н.М. Формирование стальных отливок по выплавляемым моделям с кристаллизацией под давлением: Ав.реф.диссертации на соискании степени к.т.н. -Красноярск, 1993. -16 с.

Лодписоно в печать 29.08.97г. Усл.леч.л. 1

Формат 60x84 1/16 Уч.изд.л. 1,1

Заказ 124 Тира* 100

Отпечатано в Рыбинской государственной авиационной технологической академии

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия г.Рыбинск, ул.Пушнина, 53