ЛИТЕЙНЫЕ Р и РКЛ

ЛИТЕЙНЫЕ Р и РКЛ

Типовые конструкции

роторных и роторно-конвейерных линий

для специальных способов литья

ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ

Пояснительная записка

00.000 ПЗ

1986 г.

СОДЕРЖАНИЕ стр.

I. Введение   

II. Назначение и цель разработки

III. Роторные и роторно-конвейерные линии в отдельных отраслях промышленности.           

3.1. Р и РКЛ в СССР

3.1.I. Теория «сущности машин» - основа создания Р и РКЛ.  

3.1.2. Область применения Р и РКЛ.

3.2. Р и РКЛ за рубежом

3.3. Причины низкого распространения Р и РКЛ

IV. Теоретические обоснования возможности применения Р и РКЛ в литейном производстве с позиций теории «сущности машин» Л. Н. Кошкина

4.1. Технологические процессы изготовления литых изделий

4.1.1. Требования, предъявляемые к отливке

4.1.2. Характер взаимоотношений между инстру­ментами и предметами обработки в литейном производстве.      

4.1.3. Этапы технологических процессов изготовления отливок        

4.1.4. Машины литейного производства и операции машинного времени литых изделий.

4.1.5. Классификация взаимодействия между ин­струментами и предметами обработки  в литейном производстве      

4.1.6.  Взаимоотношения между технологическими и транспортными операциями. Классификация машин литейного производства    

4.1.7.  Направления  развития  машин  для ССЛ .

V. Виды  ССЛ. Типовые технологические процессы изготовления литых изделий

5.1. ССЛ и типы применяемых форм

5.2. Анализ технологических процессов и обо­рудования для ССЛ

5.2.1. Литье под давлением (ЛД)

5.2.2. Литье по выплавляемым моделям (ЛВМ).

5.2.3. Литье в кокиль (ЛК)

5.2.4. Литье в облицованные кокили (ЛОК)

5.2.5. Литье под низким давлением (ЛНД)

5.2.6. Литье с противодавлением (ДД)

5.2.7.Литье выниманием (ЛВ)

5.2.8. Центробежное литье (ЛЦ)

5.2.9. Непрерывное литье (ЛИ).

5.2.10. Другие способы литья

VI. Анализ номенклатуры отливок для ССЛ.

VII. Предложения по созданию машин высших классов .

7.1. Направления повышения классов машин и технологических операций.

7.2. Типовые схемы Р и РКЛ для ССЛ. Конструктивные схемы выполнения технологических процессов.

7.2.1. Литье под давлением (ДД).

7.2.2. Литье по выплавляемым моделям (ЛШ).

7.2.3.     Другие способы литья:

- литье в кокиль (ЛК)  

- литье в облицованный кокиль (ЛОК).

- литье под низким давлением (ЛНД).

- литье с противодавлением (ЛПД).

- литье выниманием (ЛВ).

- центробежное литье (ЛЦ).

- непрерывное литье (ЛН).

- литье сплавов в 2-х фазном состоянии (Л2Ф  ЛТЖ)...              

- вакуумное литье (ЛВак).

- литье намораживанием  (ЛНам).

- жидкая штамповка (ШЖ) (ЛКД).

7.2.4. Устройства для подготовки и заливки расплава (УПМ, УЗМ).

7.2.5. Литье с рассредоточенной литниково-питающей системой (ЛРПС). Технический проект первой литейной роторной линии.

VШ. Обоснование внедрения машин высших классов

8.1. Данные проверки на патентную чистоту и конкурентоспособность

8.1.1. Сведения об использовании в работе изобретений.

8.2. Стандартизация и унификация машин III класса.

8.З. Сведения о соответствии машин III класса требованиям безопасности и производственной санитарии.

8.4. Область применения машин I, II, III и 1У классов.

8.5. Технико-экономическое обоснование.

8.6. Определение потребности в машинах всех четырех классов.

IX. Описание организации работ.

9.1. Состояние литейного производства.

9.2. Научно-техническое обеспечение литейного производства в связи с созданием высшего класса машин.

9.3. Организация ускорения научно-технического прогресса в литейном производст­ве.

9.3.1. Обеспечение научно-технического руководства отраслью.

9.3.2. Банк отливок, технологий, оборудования.

9.3.3. НПО - самая совершенная форма организации социалистического предприятия, обеспечивающая ускорение научно-технического прогресса.

9.3.4. Условия наиболее экономичной эксплу­атации машин.

9.3.5. Роль Молдавского ПО "Точлитмаш" в ускорении НТП в литейном производстве.

X. Выводы.   

Иллюстраций: 151.

I. ВВЕДЕНИЕ.

В основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990гг и на период до 2000 года, принятых ХХVII съездом КПСС, перед создателями литейного оборудования ставятся задачи: значительно увеличить изготовление новых видов эффективного оборудования, повысить его производительность в 1,5-1,6 раза; обеспечить опережающий выпуск роторных, роторно-конвейерных и других автоматических линий для метал­лообработки; обеспечить создание и освоение производства техники новых поколений, позволяющей многократно повысить произ­водительность труда, улучшить его условия, существенно снизить материальные затраты.

В докладе на совещании в ЦК КПСС в июне 1985г по ускорению научно-технического прогресса Генеральный секретарь ЦК КПСС М. С. Горбачев сказал: «... задача особой важности наладить массовое изготовление техники новых поколений, способной дать многократное повышение производительности труда, открыть путь к автоматизации всех стадий производственного процесса".

Одно из наиболее перспективных направлений автоматизации, - роторные и роторно-конвейерные линии, применение которых позволяет добиться значительного роста производительности труда, сокращения производственных площадей за счет замены огромного парка машин работающих по старым мало экономным  технологиям, резко повысить уровень интенсификации промышленного производства, высвободить большое количество обслуживающего персонала, улучшить условия труда.

В сентябре 1985г  Политбюро ЦК КПСС рассмотрело на очередном заседании вопрос о внедрении в народное хозяйство автома­тических роторных (Р) и роторно-конвейерных (РКЛ) линий.

На заседании отмечалось, что широкое внедрение таких авто­матических линий, характеризующихся точностью, устойчивостью и непрерывностью технологических процессов дает возможность резко повысить уровень интенсификации промышленного произ­водства, обеспечить значительный рост производительности труда, высвободить большое количество обслуживающего персонала, улучшить условия труда.

Опыт использования роторных и роторно-конвейерных линий подтверждает высокую результативность их применения и необходимость активного внедрения в ряде отраслей народного хозяйства и различных производствах, в частности, в литейном производстве.

Учитывая высокую экономическую отдачу и социальный эффект этого вида прогрессивной техники, Политбюро поручило Госплану СССР, Государственному комитету по науке и технике, Академии наук СССР и соответствующим министерствам и ведомствам разработать задания по её внедрению в производство.

II. НАЗНАЧЕНИЕ И  ЦЕЛЬ РАЗРАБОТКИ.

 Литейные роторные (Р) и роторно-конвейерные линии (РКЛ) предназначены для резкого повышения производительности тех­нологических процессов   изготовления литых изделий из различных черных и цветных сплавов, различными специальными способами литья (CCЛ) в условиях крупносерийного и массового производства.

Целью разработки является:

- анализ существующих технологических процессов и оборудования для ССЛ с позиций теории «сущности машин» Л. Н. Кошкина;

- теоретическое обоснование возможности применения Р и РКЛ в литейном производстве, в частности для ССЛ;

- определение области применения литейных Р и РКЛ для ССЛ;

- разработка принципиальных схем и типовых конструкций литейных Р и РКЛ в т.ч. технологических и транспортных роторов, конвейеров и т.д.

III. РОТОРНЫЕ И РОТОРНО-КОНВЕЙЕРНЫЕ ЛИНИИ В ОТДЕЛЬНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

3.1. Р и РКЛ в СССР.

3.1.1. Теория «сущности машин» - основа создания Р и РКЛ.

В основе создания в большинстве отраслей народного хо­зяйства новой «революционной технологии» - роторных и роторно-конвейерных линий - лежит разработанные академиком Л. Н. Кошкиным  теории взаимодействия между инструментом и предметом обработ­ки, взаимоотношения между транспортными и технологическими операциями.

Все машины в определенной мере приспосабливались под человека и ограничивались его возможностями. Одно из главных ограничений лежит в основе взаимоотношений между основными внутренними операциями, выполняемыми машиной: технологическими и транспортными. Т.к. человек не в состоянии эффективно управлять многооперационной машиной, указанные операции осуществляются по принципу последовательного выполнения.

Л.Н. Кошкин с позиций марксистско-ленинской философии проанализировал сущность машин, нашел диалектические законы, лежащие в её основе, определил границы качественных изменений в машиностроении.

По теории Л. Н. Кошкина, в каждой машине заключены две противоположности: тран­спортные и технологические функции, выполняемые машиной, между которыми определены четыре вида отношений (рис. 1).

Рис. 1. Виды отношений производственных и транспортных операций.

Первый вид отношений - прямое противоречие, когда транспортная функция прерывает технологическую. Деталь подают к станку, обрабатывают, снимают обработанную. Процесс дискретен. Ему присуща строгая последовательность транспортных и технологических операций, сама сущность его ставит ограничения во времени. Производительность этих машин определяется суммой времени транспортного и технологического движений. Повышение производительности требует сокращения времени как технологического, так и транспортирования и, следовательно, лимитируется допустимыми ускорениями и скоростями.

Второй вид отношении - единство функций.  Совмещение транспортных и технологических операций. В этом случае тех­нологическая функция не прерывает транспортирования предмета, которое становится непрерывным. Динамические факторы перестают ограничивать производительность, лимитируемую лишь допустимой технологической скоростью. Для машин этого класса уровень производительности выше, а возможность иметь одинаковую производительность, и, следовательно, возможность объединения в автоматические линии шире. Кроме прокатного и воло­чильного производства это используется в бумагоделательном, полиграфическом и др. производствах.

Третий вид отношений - неполная зависимость. Заготовки и инструмент движутся вместе, но не все время, а лишь нужную часть его. Транспортировка детали не мешает ее одновременной обработке, не мешает выполнению работы инструментом, не ограничивает ее; обработка выполняется в процессе совместного перемещения заготовок и инструментов, расположенных на каких-либо замкнутых транспортирующих устройствах.

Производительность таких машин определяется расстоянием между предметами  обработки в потоке и  транспортной, свободно выбираемой скоростью, не ограниченной ни динамическими, ни технологическими факторами. Эти Р и роторно-конвейерные машины в силу своих коренных свойств являются органическими автоматических линий.

Четвертый вид взаимоотношения транспортных и  техноло­гических операций - их полная независимость.

Детали, проходящие обработку в галтовочном барабане, покраску в окрасочном баке, нагрев в термической печи - вот примеры этого вида отношений. Возможность формообразования при этом вообще исключены, проходят лишь отделочные и доводочные операции.

Независимость от технологических факторов обеспечивается не только по скорости, но и плотности и поперечному сечению потока предметов обработки. Здесь достигается еще более высо­кий уровень производительности и, конечно, возможность иметь одинаковую производительность на всех операциях и компоновать автоматические линии.

Четырем видам отношений соответствуют и четыре вида технологий изготовления детали, т.е. четыре класса взаимодей­ствия между инструментом и предметом обработки, (Рис. 2)

Рис. 2. Классы взаимодействия между инструментом и предметом обработки.

I класс - точечное взаимодействие;

II класс - линейное взаимодействие;

III класс - взаимодействие по поверхности;

IV класс - объемное взаимодействие (обработка средой).

В основе технологического процесса I класса лежит точечное взаимодействие между предметом обработки и инстру­ментом - низший уровень развития технологии и соответственно низший уровень машин.

Резец токарного станка обрабатывает заготовку точкой инструмента - элементарным и наиболее универсальным геомет­рическим элементом.  При точечном взаимодействии может быть образована любая форма, однако при таком виде обработки максимальная универсальность соседствует с минимальной производительностью и максимальной сложностью автоматизации.

Точечное взаимодействие между инструментом и предметом обработки обусловливает необходимость обхода всей обрабаты­ваемой поверхности рабочей точкой инструмента. Траектория рабочего движения определяется, следовательно, формой обрабатываемой поверхности и поэтому является пространственной, т.е. кинематически наиболее сложной, различной для каждой обрабатываемой поверхности и имеющей большую длину.

Для таких процессов осуществима лишь низшая ступень машинизации, а именно выполнение машиной собственно технологического движения. Процессы этого класса требуют стационарного положения предмета обработки, что обусловлено, в частности,  необходимостью непосредственного участия человека.

Этому виду процессов соответствует класс машин, характеризуемый  противоречием  между транспортной и технологической функциями. Здесь применение машин второго и четвертого классов невозможно, а использование машин третьего класса весьма   ограничено.

Второй класс технологии - линейное взаимодействие инструмента и детали, например при использовании фасонных резцов. Скорость обработки возрастает, однако форма заготовки строго ограничена линией контакта.

В технологических процессах, характеризуемых линейным действием инструмента на предмет обработки, траектория рабочего движения определяется геометрической направляющей обраба­тываемой поверхности. Она может быть плоской или прямой линией, следовательно, кинематически более простой и короткой.

Отпадает необходимость в жестком креплении предмета, выверке его положения. Только для этого класса процессов создается возможность обработки посредством транспортного движения по геометрической направляющей, т.е. переход к машинам второго класса (прокатные станы» бумагоделательные, непрерывные печатные машины.)

В технологических процессах, третьего класса характери­зуемых поверхностным действием инструмента, траектория рабочего движения определяется осью обрабатываемой поверхности, становится практически прямолинейной, кинематически простейшей и одинаковой для всех видов поверхностей. Все размеры и формы предметов обработки определяются только инструментом, что делает возможным его окончательную проверку вне машин и автоматическую смену. В силу этих отличий, а также в связи с возможностью исключить участие человека в выполнении операции, обеспечиваются условия для перехода к машинам, выполняющим технологические операции в процессе непрерывного совместного транспортирования предметов обработки и инструментов.

Четвертый класс характеризуется объемным (пространствен­ным) взаимодействием инструментов (технологических сред) и предметов обработки, не требующих ни определенной траектории рабочего движения, ни определенного ориентированного  положения предметов обработки. Именно эти процессы делают возмож­ней осуществить обработку в процессе массового транспортирова­ния предметов в произвольном положении при максимальной плотности и большом количестве предметов в поперечном сечении потока, т.е. обеспечить переход к машинам четвертого класса (закалка, термообработка, сушка в струе горячего воздуха и т.д.)

Общее направление развития технологических процессов состоит в переходе от процессов точечных,  к линейным, по­верхностным и пространственным.

Общее направление развития технологического оборудования состоит в переходе от машин, характеризуемых противоре­чием между транспортной и технологической функциям к машинам, обладающим их единством, а затем и частичной и полной независимостью.

Анализ отношений между технологическими и транспортны­ми операциями и классов взаимодействия инструмента и предметов обработки показывают, что добиться коренных преобразо­ваний в машине можно только при использовании третьего типа отношений и третьего класса технологий.

Машины третьего класса первоначально получили свое развитие в конструктивной форме, известной под названием роторных машин (роторных автоматов) (рис 3) характерная особенность которых заключается в том, что инструменты и обслуживающие их исполнительные органы располагаются на жестких транспортирующих элементах - роторах.

В основу конструкции роторных автоматов положен принцип идеального потока. Машина не ждет пока ей подадут очередную деталь. Инструмент движется вместе с деталью и обрабатывает её.

Рис. 3     1 - верхний диск;   2- средний диск; 3 - нижний диск;  4 - матрица; 5- заготовка; 6 – пуансон.

Простейшее роторное устройство состоит из трех дисков, расположенных на одном вертикальном валу. Верхний и нижний диски неподвижны, средний - вращается, на нем установлены инстру­ментальные блоки, например, в виде матриц-форм, в которых происходит формирование детали из металла, порошка или пластмассы.

В начале цикла в форму матрицу закладывают заготовку. При вращении диска этот блок подходит к исполнительному ме­ханизму, закрепленному на верхнем роторе. Исполнительный ме­ханизм в нашем случае - это пуансон, вдавливающий заготовку в матрицу. Он все ниже и ниже опускается, пока заготовка не вой­дет полностью в матрицу. Затем пуансон выходит из инструмен­тального блока.

Нижний ротор выполняет роль выталкивателя, удаляющего из блока отштампованную деталь.   Согласовывает действия всех трех дисков несложные устройства - копиры. Вся операция проходит за один неполный их поворот.

Угловая циклограмма рабочей машины.   

Рис. 4.   

μ₁ - yгол подачи заготовки  в рабочий ротор;

μ₂ – угол подготовки заготовки  к обработке;

μ_осн  - угол операционной обработки;

φ_{3 – угол выталкивания обработанной детали;}

φ₄ - угол выдачи детали из paбoчeгo ротора;

φ_I - угол контроля и проверки состояния рабочего инструмента;

φ_II – угол съема блока рабочего инструмента;

φ_III - угол установки нового блока рабочего инструмента,

φ_IV - угол контроля правильности установки нового блока

 Важно, что для основной технологической операции пред­назначена лишь часть ротора (рис.4). В других секторах установлены инструменты, контролирующие положение заготовки, состояние основного инструмента и т.д. При необходимости здесь могут быть смонтированы приспособления, меняющие  инструмент, измеряющие размеры изготовленной детали и т.д.

Легко убедиться, что принцип универсален. Какую деталь машина будет изготавливать, зависит лишь от инструментального блока и исполнительного механизма. Подай в блок порошок, пуансон его спрессует. Положи две разрозненные детали, исполнительный механизм их соединит.

Установи вместо пуансона инжектор расплавленного металла или пластмассы - будет изготовлена отливка и т.д.

Производительность роторных машин же зависит от продолжительности технологической операнда. Если операция длительная, достаточно увеличить размер ротора и соответст­вующим образом рассчитать скорость его вращения.

Рис. 5. Схемы роторной линии:
А) структурная,
Б) схемная, 
В) функционально-производственная.
На роторной машине, как правило, обрабатывают простейшую деталь с одной - двумя технологическими операциями. Для многооперационной обработки детали отдельные роторы, выполняющие разные операции, объединяются в линию (рис. 5). Один ротор начинает формирование изделия, другой производит более глубокую вытяжку, третий формирует канавку, четвертый - развальцовывает и т.д.  Для передачи заготовки с операции на операцию, с одного рабочего ротора на другой служат транс­портные роторы, оснащенные захватами, Они же служат для подачи заготовки на первый рабочий ротор: и удаления из последнего готовой детали. 
Производительность такой линии определяется только временем перемещения ротора на один шаг, то есть от одного инструментального блока до другого. Так как скорость вращения мы  задаем сами, а число инструментальных блоков может быть весьма большим, зависящим лишь от диаметра ротора, нетрудно убедиться, что производительность линии теоретически не ограничена. Именно отсюда получаются те, на первый взгляд фантастические цифры - тысячи деталей в минуту.
Один из недостатков роторных линий - в их сравнительной негибкости. Чтобы перейти от изготовления одной детали к другой, нужно останавливать линию, менять инструментальные блоки.
Второй - в бесспорном преимуществе - высокой производи­тельности. Не так уж много деталей, которых требуется милли­оны в год. Значит, стоит задача найти способ на одной линии выпускать разные детали, объединенные лишь общей технологией. Например, отливки разной формы, штамповки разной конфигурации, различные изделия из порошков и тому подобное. 
Решить эту задачу удалось после создания роторно-конвейерных линий (рис, 6). Главное отличие роторно-конвейерных линий заключается в том, что инструментальные блоки находятся не на дисках, а на конвейере, огибающем рабочие роторы. 

Рис.6. Схема роторно-конвейерной линии.

В нужный момент захват возьмет очередной инструментальный блок, поставит его на ротор, а после выполнения рабочей операции, снимет и вновь установит на конвейер. Проблема решалась довольно прос­то. Не требовались электронные системы управления, программы и другие сложности.

РКЛ с полным правом можно назвать «сверх гибкими». Одна линия одновременно может изготавливать десятки, сотни различных - именно различных - деталей! Никакие другие системы машин на подобное не способны.

Таким образом, проблема недостаточной массовости, обычно считающаяся фактором, ограничивающим распространение автоматизации производства, получает существенно новое решение за счет использования свойства роторных и особенно роторно-конвейерных машин и линий.  Их многономенклатурностъ, даже при небольших количествах отдельных наименований деталей, обеспечивается устранением частых переналадок – главной причиной простоев в многономенклатурных производствах.

При переходе на новую продукцию роторно-конвейерных машин, переналадка может быть сведена к автоматической смене инструментов и несущих органов, т.е. в идеале - без прекра­щения нормальной работы.

Основные требования, предъявляемые к машинам Ш класса:

- машина должна в полной мере реализовать принцип идеального потока, в котором устранены все виды остановок предметов  обработки, в том числе и для самой обработки (от обработки во время прекращения транспортировки нужно пе­рейти к обработке в процессе непрерывного транспортирования со свободно выбираемой скоростью);

- машины должны реализовывать современные технологи­ческие процессы, позволяющие максимально повысить производи­тельность и за минимальное количество операций изготавливать готовую деталь.

- машины должны иметь оптимальное отношение «инстру­мент – машина», резко увеличенное в пользу инструмента. (Машина не может состоять из одного инструмента, но к этому нужно стремиться).

- машина должна быть экономически выгодной, приносить прибыль, и как можно больше.

3.1.2. Область применения Р и РКЛ. Первые Р и РКЛ были запущены еще в 1953 г. нашли применение для самых различных технологических процессов: рубка проволоки, штамповка, вытяжка, обжим, резание, прессова­ние, литье (пластмассовых изделии), термическая и химическая обработки, дозирование сыпучих и жидких материалов, и , наконец, сборка, упаковка, укладка продукции и все виды покрытий.
Созданы технологические роторы для контроля геометричес­ких, весовых, электрических параметров изделий.Созданы линии для технологий четвертого класса - термической обработки, окраски. Технологии второго класса в  роторных линиях не нуждаются - там инструмент и обрабатываемое изделие связаны одним движением, транспортная и  технологи­ческая функции не противоречат друг другу. Основная область применения РКЛ - в машиностроении. Здесь массовых деталей очень много.  Наиболее крупносерийным видам производства нужны металлические изделия не очень сложной формы: изделия из порошков, разнообразные штамповки автомобильной и тракторной промышленности, электро­техники, приборостроению. Именно здесь уже и начали применять роторы, выполняющие сборку отдельных малогаба­ритных узлов в  т.ч.:
- сборка радиодеталей;
- сборка клапанов аэрозольных упаковок;
- сборка точных деталей к фотоаппарату "Зенит";
- сборка втулочно-роликовых цепей ж их звеньев.
Расширяется номенклатура материалов, перерабатываемых на машинах Ш класса,- это металл и металлические порошки, стекло, керамика, пластмассы» резины, различного рода жидкости.
Освоено изготовление деталей:
- игольчатые подшипники, в т.ч. кольца, иглы;

- крышка щелочного элемента электробатарейки;

- детали батареек;

- патроны для ламп;

- баллончики для сифонов;

- сильфоны;

- пластмассовые корпуса радиоприемников;

- металлические изделия типа стаканчиков и т.д.

Производительность от 100 до 1000 с лишним изделий в  минуту, десятки, сотни миллионов в год.

Одним из первых внедрил машины Ш класса  третий госу­дарственный подшипниковый завод в г. Саратове. На Московском заводе порошковой металлургии (Минавтопром) освоен выпуск около 200 наименований изделий для 250 предприятии 22 отраслей. Основной вид оборудования - пресс с средней производительностью 500 штук в смену. Семь роторных автоматов размещенных в административном корпусе, обслуживаемых бригадой наладчиков и операторов не более 10 человек, заменили 40 прессов и столько же рабочих.
В Клайпеде на заводе сухих элементов «Сириус» установлена роторная линия изготовления фасонной пластмассовой крышечки щелочного элемента  электробатарейки с производительностью 120 штук в мин. (вместо 7-8 на замененном литьевом автомате).
В Смоленске на производстве сильфонов освободили 250 чел.

В Риге на сборке клапанов аэрозольных упаковок высвобож­дено 400 чел. Машина собирающая клапаны, имеет производительность 185 млн. клапанов в год. 2 оператора обслуживают одну РЛ.

В Череповце - закалку электродов осуществляют на роторно-конвейерной линии.

Широко поле деятельности машин нового класса в других отраслях промышленности.

Особой роторной «республикой» стоит пищевая промышленность, где многие виды разливки, расфасовки упаковки, маркировки продуктов давно переведены на «карусельный» способ. Роторные линии выпускают мороженное, сосиски, пельмени.

Р и PKЛ хорошо зарекомендовали себя на предприятиях, выпускающих пластмассовые изделия.

На заводе «Карболит» (г. Орехово-Зуево) работают десятки «пластмассовых» линий выпускающих миллионы изделий 1 год.

Серийно выпускают роторно-конвейерные линии для изготовле­ния литых пластмассовых деталей Одесское ПО «Прессмаш».

В химической промышленности переводятся на новый класс машин те же операции, что и в пищевой, только с другими вещест­вами. Новое оборудование находит применение в легкой и текстильной промышленности, в производстве строительных материа­лов (например, кирпича).

Однако такие старейшие технологические операции, как резание металлов, токарная обработка, фрезерование, сверле­ние, так же могут производиться на роторах. Конструкция машин при этом усложнится;   нужны узлы, передающие заготов­кам, находящимся в инструментальных блоках, вращение, поступательное движение и прочее. Но это  трудности конструкторского характера, а не принципиального. Первые роторные линии, выполняющие наряду с другими и простейшие токарные операции, уже созданы.

Коренные изменения могут внести роторные машины в сельское хозяйство. Идут работы над картофелекопалкой, культиватором, машинами для обслуживания животноводческих помещений, основанными на принципах ротора.

В различных отраслях народного хозяйства нашли при­менение более 3000 Р и РКЛ.

Автоматические роторно-конвейерные линии, применяемые для различных технологических процессов представлены следую­щими образцами.

Линия сборки и контроля герметичности клапанов аэрозольных упаковок (рис 7).

Линия сборки узлов фотоаппаратов типа «Зенит» (рис. 8).

Линии изготовления и контроля элементов приводных роликовых цепей представлены линией изготовления втулок на рис. 9.

Линии сборки различного вида приводных роликовых цепей представлена линиями мод. 11СЦ-25 на рис 10.

Линия для закалки деталей типа стержней (рис.11).

Линия для изготовления заготовок гайки (рис. 12).

Линия для термообработки сварочных электродов (рис.13).

Линия для отжига и охлаждения деталей типа кружка (рис. 14).

Линия для низкотемпературного отпуска деталей типа валиков, осей токами высокой частоты (рис. 15).

Линия вытяжки круглых заготовок (рис. 16).

Линия вытяжки и обрезки глубоких деталей типа стакан мод. ЛГ-514 представлена на рис. 17.

Линии обжима цилиндрических заготовок представлены автоматической роторноконвейерной линией мод.  I ЛОГ-В на рис. 18.

Линия для изготовления звеньев методами листовой штамповки (рис 19).

Линия лакирования изделий (рис. 20).

Линия контроля круглых заготовок (ронделей) по внутрен­ним дефектам металла типа расслоений, пустот, неметаллических включений (рис. 21)

Линия изготовления картонной коробки (пачки) и упаковки в нее 20 шт. изделий с прокладыванием рядов изделий бумажными прокладками (рис. 22).

Одна из линий для термохимической обработки изделий (рис. 23).

Особое место среди машин III класса занимают роторные автоматы, Р и РКЛ для переработки термореактивных и термопластичных материалов, отдельные образны которых представлены на рис 24 ...30.

3.2. Р и РКЛ за рубежом.
На начало 1985г в США около 8000 Р и РКЛ и их количество возрастает.

3.3. ПРИЧИНЫ НИЗКОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ Р  И РКЛ.

Причины сравнительно низкого распространения Р и РКЛ в некоторых машиностроительных производствах и почти полного отсутствия в литейном производстве связаны как с общими объективными и  субъективными причинами, так и с определенными техническими трудностями.

Роторные линии несколько непривычны по сравнению с традиционными станками, машинами, линиями. Речь идет о коренной ломке традиционных представлений о машинах и  тех­нологиях, тормозящейся психологической инерцией конструкто­ров, технологов, эксплуатационников, производственников и снабженцев.

Есть  причины социального и экономического характера. Так как роторы освобождают на одном предприятии десятки и сотни людей, возникает проблема переквалификации работников и их трудоустройства, возможно в других отраслях народного хозяйства.

Есть, наконец, просто недостаточная информация о новых машинах (неосведомленность). Многие просто не знают о роторных технологиях, их возможностях и преимуществах в автоматизации производства и практически неограниченной производительности труда.

Причины психологические. Машины с привычными принципами работы известны сотни лет. Токарный станок, типичный пример, существует более 200 лет. Сколько инженерного новаторского труда было затрачено на его совершенствование, автоматизацию. Даже автоматические линии, составленные из тех же станков, насчитывают около 100 лет.

Роторные линии абсолютно непривычны в некоторых отраслях, меняют коренные представления о станках, машинах, поточных линиях. На роторах производительней не резать, превращая часть метала в стружку, а штамповать, прессовать, отливать, причем в процессе перемещения предмета обработки от одной операции к другой. Речь идет не о замене одного станка на другой, а коренной ломке самого производительного процесса, веками устоявшейся традиции.

Причины общего характера:

– сложившиеся коллективы специалистов, которые хорошо знают как нужно разрабатывать то или иное оборудование, как рассчитывать операционность и количество форм в зависимости от определенных изготовления отливки;

- психологическая инерция конструкторов, привыкших создавать новое оборудование хоть и повышенной производительности, но на основе старых, господствующих технологических приемах;

- эксплуатационщики, привыкшие обслуживать традиционную технику и, как правило, не готовые к новому оборудованию и современным системам управления;

- сложившиеся требования к материалам и комплектующим, которые необходимо пересматривать с переходом на новые технологические процессы.

Причины отсутствия роторных и роторно-конвейерных линий в литейном производстве достаточно полно охарактери­зованы в решении №65 секции «Технология и оборудование литейного производства» НТС Минстанкопрома по вопросу «Перспективы создания автоматических роторных и роторно-конвейерных линий для литейного производства» в декабре 1985г.

В нем указано, ... «что в литейном производстве основной принцип АРЛ и РКЛ -  совмещение технологических и транспорт­ных операций - используется в различных видах оборудования на отдельных операциях или технологических переделах.

Например, в автомате изготовления оболочковых форм мод. АЛ-099, в установке заливки форм типа «Ротопур» в автоматичес­ких формовочных линиях со сборкой форм на конвейере и др. Указанный принцип обеспечивает повышение производительности труда на отдельных операциях.

Полностью роторных автоматов или линий в литейном производстве нет по следующем причинам:

- длительность технологических операций, как правило, многократно превышает длительность транспортных;

- при изготовлении отливки используются десятки матери­алов и компонентов (за исключением нескольких малораспространен­ных  технологий);

- литейная технология - многооперациона, с  технологи­чески необходимыми выдержками по времени (затвердевание металла, отверждение смеси, охлаждение, нагрев и т.д.) - все это противоречит принципу APЛ - непрерывности обработки;

- сложность и дороговизна оснастки, что вызывает необ­ходимость изготовления  максимально возможного количества из­делий по одному комплекту;

- взаимосвязанность всех технологических переделов между собой по производительности. Например, если разрабо­тать роторную линию для изготовления сырых песчаных форм даже с наименьшими из стандартизированных размеров опок, то это будет автоматическая линия исключительно высокой слож­ности. Чтобы окупить себя она должна работать с огромной производительностью, а это в свою очередь потребует резкого возрастания грузопотоков сыпучих материалов, смесей, стер­жней, жидкого металла, оснастки и т.д.;

- необходим роторный ликбез в литейном производстве, да и в других производительных процессах.

Кроме того обеспечение надежной работы таких сложных систем в условиях литейного цеха представляет известную проблему.

Указанные причины однако, несколько преувеличены и тре­буют более глубокого анализа возможности применения Р и РКЛ в литейном производстве и при более тщательном рассмотрении могут быть устранены.

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ

ПРИМЕНЕНИЯ Р И РКЛ В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ С ПОЗИЦИЙ ТЕОРИИ «СУЩНОСТИ МАШИН»

Л.H. КОШКИНА

На современном уровне развития техники создателям прогрессивного литейного оборудования необходимо понять, что обычными способами уже не возможно справиться е постав­ленной задачей - резкого повышения производительности обору­дования. Очень остро стоит вопрос  автоматизации производства, что само по себе вызывает необходимость ломки устоявшихся понятий и поиск новых подходов в создании безлюдных технологий. В нескольких соседних областях производства появилось новое совершенное оборудование, не проанализировать которое с позиций литейного машиностроения уже нельзя.

Теория Л.Н. Кошкина стала основой переосмысливания существующих логических взаимосвязей технологических процессов машинного литья, позволила увидеть эти взаимосвязи в иных отношениях, построить другую их модель. Она помогла почувст­вовать необходимость и настоятельную потребность в поиске для традиционных способов литья новых подходов к автоматиза­ции процессов и резкого увеличения их производительности.

4.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ  ПРОЦЕССЫ И3ГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЫХ ИЗДЕЛИЙ.

4.1.1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ОТЛИВКЕ.

Конечной целью  технологического процесса для любого ССЛ является получение отливки. При этом все технические меро­приятия должны быть подчинены основным требованиям:

- получения качественной отливки,

- в необходимом количестве,

- с наименьшими затратами (рис 41).

Рис. 41.

Научно технический прогресс в литейном производстве возможен только при комплексной оптимизации всех трех показа­телей для решения определенных производственных задач. Поэтому при выборе специального способа литья и  типоразмера  оборудо­вания для конкретной отливки все три требования должны рассмат­риваться как в отдельности, так и в их взаимосвязи в общем технологическом процессе.

Производительность оборудования диктуется, как правило, определенной производственной программой. Себестоимость изготов­ления отливок определяется экономической целесообразностью. Качество отливок должно обеспечивать их оптимальные потреби­тельские показатели, при этом, отклонения показателей, как в лучшую сторону, так и в худшую приводят к дополнительным неоправданным затратам.  Под оптимальными потребительскими показателями качества отливки подразумевается:

во-первых, ее срок службы в виде обработанной детали в составе определенных узлов машин в соответствии со сроком службы конкретной машины;

во-вторых, максимально возможное приближение отливки к готовой детали. Прогресс повышения качества отливки должен регулироваться необходимым сроком ее эксплуатации в зависимости от срока эксплуатации оборудования и возможностью получения вместо литой заготовки законченной отливки-детали, не требующей перед сборкой дополнительной механической или другой обработки.

Таким образом, каждую отливку необходимо получить с оптимальными  служебными свойствами, при эффективной экономии материалов и фондов, низких затратах с учетом рентабельности её изготовления тем или иным способом литья, на том или ином классе машин при минимально возможном числе операций.

4.1.2. Характер взаимоотношений между инструментами

и предметами обработки в литейном производстве.

В литейном производстве предметом обработки является метал, претерпевающий многофазные изменения от шихты до готовой детали, встраиваемой в определенную сборочную единицу или выступающей в виде конечного самостоятельного изделия. В общем случае исходные материалы подбирают в виде шихты, расплавляют, заливают в формы, кристаллизуют, удаляют из формы, охлаждают, обрубают и очищают, термообрабатывают, подвергают механической обработке, закрепляют в зависимости от функционального назначения (рис. 42).

Рис. 42.

Инструмент в процессе изготовления литого изделия - это все то, что непосредственно воздействует на металл в процессе его превращений. Инструментом могут быть плавильные и транспортные устройства, раздаточные печи и ковши, охлаждающая жидкость, окружающая среда и т.д.  Основным инструментом, определяющим геометрические и весовые показатели отливки, является форма - рабочая зона для оформления литой заготовки.

Таким образом, металл, независимо от его агрегатного состояния, всегда является предметом обработки, на который воздействуют различного рода, инструментами.

В литейном производстве имеет место одновременная много инструментальная обработка. Например, при кристаллизации металла в форме, кроме самой формы, инструментом могут быть и окружающая среда (атмосфера), и охлаждающая жидкость, цирку­лирующая в каналах формы для ускорения кристаллизации или обеспечения её направленности по заданному режиму. Инструментом может быть вибрация, накладываемая на форму в процессе кристаллизации металла и т.д. Возможные варианты применения различного рода инструментов в период прохождения различного рода технологических операций представлены на рис. 43.

Рис.43.

Особенностью технологического процесса изготовления литого изделия является то, что форма (основной инструмент) в течение каждого цикла перед заполнением расплавом и (или) после удаления отливки сама превращается в предмет обработки. При этом форма или разрушается и изготавливается вновь, или очищается и вновь оснащается формообразующей поверхностью, или снабжается новыми элементами разового применения (например, песчаными стержнями) или просто смазывается, контролирует­ся, осматривается и т.д.

Одна из важных характеристик производственного оборудования – отношение массы инструмента к массе машины, составляющее в механической обработке металла 1 : 50000 и более. При таких отношениях обработка становиться чрезмерно дорогой и любые средства автоматизации лишь увеличивают знаменатель этой дроби.

Отношение машина / отливка (форма) по массе показывает неоспоримое преимущество многопозиционных машин перед однопозиционными.

Для литейного производства целесообразней применить отношение не «инструмент – машина», т.е. «форма – машина», а «отливка – машина». Это отношение показывает какую массу металла надо переработать для получения машины, на которой можно получить заданную отливку. Для кокильных машин это отношение лежит в пределах:

Мо : Мм = 1 : 100….. 1000, где

- Мо – масса отливки;

- Мм – масса машины.

Этот показатель лишний раз подчеркивает, что любая автоматизация, роботизация, повышение операционности приводит к увеличению знаменателя дроби, оставляя неизменными числитель. Повышение классности машины увеличивает числитель дроби во столько раз, сколько форм задействовано в машине. Знаменатель же растет незначительно, в связи с тем, что  масса многоместной машины, намного меньше суммы масс одноместных машин при общем равенстве форм:

(Мо х n) / ½ Мм х n = 2 Мо х n / Мм х n = 2 Мо / Мм, где

n – число одноместных машин или число форм многоместной машины.

4.1.3. Этапы технологических процессов изготовления отливок.

В общем случае» процесс изготовления отливок можно разде­лить на три этапа (рис 43).

I этап - подготовительный,

П этап - основной;

Ш этап - заключительный.

На первом этапе в два потопа, с одной стороны, - изготавливается форма или производится подготовка ее рабочей зоны; с другой стороны, - подготавливается расплав для его заливки в форму.

На  втором этапе, являющимся общим для всех способов литья, оба потока встречаются уже в совместном цикле получения отливки. На этом этапе происходит заливка расплава в форму и его затвердевание, т.е. получение готовой отливки.

На третьем этапе технологический процесс вновь разделя­ется на два потока, начала которых отсчитываются от начала раскрытия формы. Первый поток, как и на I этапе, включает группу последовательных технологических и транспортных операций, связанных с формой. Второй поток определяется группой технологических и транспортных операций по дальнейшей обра­ботке самой отливки. В первом случае форма или разрушается или раскрывается. Раскрываемая форма подвергается внешнему воз­действию в зависимости от ее типа (постоянная или полупостоянная). Во втором случае, отливка извлекается из раскрытой или разрушенной формы и, в зависимости от технологического процесса, обрубывается, очищается и т.д. При этом, обрубленные литниковые остатки возвращаются на первый ноток первого этапа.

В исходном положении, для осуществлении технологических операций I этапа первого потока должны быть в наличии опре­деленная масса шихтовых материалов и оборудование для их плавки и подготовки расплавленного металла к заливке в соответствующие формы. В  зависимости от способа литья и ма­териала обработки состав оборудования и технологические про­цессы плавки и подготовки расплава могут значительно отли­чаться друг от друга.

Для операций I этапа второго потока должно быть в на­личии необходимое количество формообразующих материалов и оборудование для изготовления или восстановления форм, много­образие которых также вызвано применяемыми способами литья и материалами обработки.

В исходном положении для начала технологического про­цесса второго этапа имеется форма, готовая к приемке жидкого металла и подготовленный к заливке жидкий металл. При этом время технологического цикла на втором этапе Т_2Э (Рис. 44) складывается из следующих составляющих:

Т _2э = t _зал. + t _кр. , где

- t _зал. - время необходимое для подвода определенной массы жидкого расплава к ферме и её заливка в форму.

- t _кр. - время» необходимое для затвердевания отливки (кристализация).

Рис. 44. 

В общем случае t зал. можно разделить на две основные составляющие

t _зал. = t _под. + t _зап. , где

t_под. - время подвода жидкого металла непосредст­венно к литниковому отверстию (накалу) формы,

t_зап. -  время заполнения формы.

Таким образом

t_2э = t_под. + t_зап. + t_кр.

Время подвода жидкого металла к форме зависит от способа литья и способов заливки. Например, при ручной шли механической заливке ковшом

t_под. = t_Н.д. + t_к.д. + t_пер.; где

t_Н.д. - время набора дозы расплава;

t_к.д. - время корректировки дозы;

t_пер. - время переноса дозы.

При литье под низким давлением под t_под. подразумевается время, необходимое для подъема расплава из раздаточной печи по металлопроводу до начала литникового канала формы.

Затвердевание отливки в форме практически начинается спустя некоторое время после начала её заполнения (t _н.кр. - время начала кристаллизации). Однако для удобства расчета циклограммы технологического процесса, начало отсчета времени кристаллизации берут сразу после окончания заполнения формы. В процессе кристаллизации отливка постоянно подпитывается жидким металлом однако, время указанного питания t_пит. закладывается на время кристаллизации и в механических расчетах может не учитываться. Не рассматривается на данном этапе технологического процесса и время на отвод устройств для подвода жидкого металла  (t_отв.), т.к. оно в  основном также накладывается на время кристаллизации.

Таким образом, временной цикл изготовления литого изделия на втором этане определяется заливкой (заполнением формы) и кристаллизацией, которые являются основными (опреде­ляющими) технологическими операциями изготовления отливки любыми способами литья.

Безлюдная технология в литейном производстве может создаваться только путем автоматизации всего технологического цикла получения литых изделии по трем этапам от загрузки до сборки или упаковки готовых литых изделий, сосредоточения в одном комплексе, участке, цехе автоматических машин всех 3-х этапов, работающих в технологической последовательности. Реальнее, такая задача может быть осуществлена с помощью создания отдельных линий для выполнения определенной группы технологических операции, последовательно обеспечивающих друг друга предметами обработки или инструментом.

4.1.4.  Машины литейного производства и операции машинного времени изготовления литых изделий.

В зависимости от этапов технологического процесса изготовления литых изделии, машины для осуществления отдельных операций также можно подразделить на три группы. К первой группе относятся машины для изготовления форм и подготовки жидкого металла, ко второй - машины на которых осуществляется непосредственное формирование отливки, к третьей - машины, осуществляющие дальнейшую доработку литых изделий и доведение их до готовых деталей, /рис. 45/.

В зависимости от количества выполняемых основных технологических операций все машины подразделяются на однооперационные и многооперациоинш. В зависимости  от количества основного инструмента /форм/ они могут быть одно -, двух - и многоместными. По количеству позиций, занимаемых производящими работу основными инструментами - одно, - двух - и многопозиционными.

Совершенствование машин направлено на повышение количества операций, производимых на одной машине и увеличение количества форм. В результате такого совершенствования машины превращаются в многооперационные одно, - или многоместные, многопозиционные линии.

Технологический процесс изготовления отливок многооперационный и многокомпонентный по количеству предметов обработки и инструментов, и, как правило, осуществляется отдельными машинами, предназначенными для выполнения определенной группы операций.

Рис. 45

В общем случае, любой технологический процесс получения литых изделий осуществляется с  помощью технологичес­ких, транспортных и обслуживающих операций, которые могут быть внутренними и внешними, основными и вспомогательными рис. 46.

Рис. 46.

Технологические операции - операции, непосредственно воздействующие на тот или иной предмет обработки для прев­ращения его в  готовое изделие. Например: плавка металла для плавильных устройств;  набор дозы расплава заливочным ковшом; заливка, заполнение форм;  кристаллизация; смазка, окраска, очистка формы и т.д.

Транспортные операции - операции по перемещению пред­метов обработки или инструментов. Например: сборка и разборка форм, перемещение манипуляторов удаления отливок и смазки форм, транспортировка жидкого металла и т.д.

Обслуживающие операции -  операции контроля состояния предметов обработки и инструментов, и их перемещений. Например: контроль температуры формы и металла, контроль полноты извлечения отливки, очистка формы и т.д.

Основные операции -  технологические и связанные с ними транспортные операции, направленные на  осуществление основной работы по формированию геометрических и качественных параметров отливки. Например: сборка формы - основная транспортная операция;   заполнение формы, кристаллизация расплава в форме - основные технологические операции.

Вспомогательные операции – операции, дополняющие основ­ные по воздействию на предает обработки или инструмент. Например, для основной операции - кристаллизации - вспомога­тельными технологическими операциями могут быть: воздействие на форму охлаждающей падкости, наложение вибрации. Перемещение устройств, выполняющих вспомогательные технологические операции, - вспомогательные транспортные операции.

Внутренние операции - все операции машинного времени цикла. Как известно., машинное время цикла - это период времени, в течении которого, например, литейная машина выполняет суммарную работу по превращению дозы расплавленного металла  в литое изделие и включает все, указанные ранее виды операции, сопровождающих это превращение.

Внешние операции - как правило, операции ввода или вывода основных или вспомогательных инструментов или предметов обработки относительно основной технологической машины, или операции связи между отдельными машинами.

При многомашинном технологическом процессе изготовления литого изделия,  общий технологический процесс разбивается на отдельные группы операций - технологические циклы - выполняемые отдельными машинами. Например: машинное время цикла машины для литья в кокиль

Тм =Ʃt_тех + Ʃt_тр  + Ʃt_o6c, где:     

Ʃt_тех - сумма времени последовательно выполняемых основных и вспомогательных внутренних технологических операций;

Ʃt_тр -    сумма времени последовательно выполняемых основных и вспомогательных транспортных операций;

Ʃt_o6c - сумма времени последовательно выполняемых обслуживающих операций.

Операции технологического цикла, выполняемые машиной, представлены на рис. 47. Здесь

Ʃt _тех. = t _тех.1 +t _тех.2 + t _тех,з ... t _тех.n1

Ʃt _тр.  = t _тр.1 + t _тр.2 + t _тр.З .. .t _тр.n2

Ʃt _обе. = t _odc.1 + t _обс.2 + t _обс.З ... t _{обс. n3}

где: n1, n2, n3   - количество последовательно выполняемых, основных и вспомогательных соответственно, технологических, транспортных и обслуживающих операций.

Внутренняя технологическая операция «Заполнение формы» проходит  одновременно с внешней операцией «Заливка формы» многооперационного технологического процесса «Заливка». Например, при использовании ковшевых дозаторов технологический процесс «Заливка» может состоять из следующих внутренних для дозатора операций: набор дозы расплава (опусканием ковша в расплав), контроль опускания, корректировка дозы (сливом излишков), поворот ковша в транспортное положение, транспортирование дозы к заливочному отверстию формы, заливка расплава в форму (поворотом ковша), возврат ковша к раздаточной печи, очистка от остатков застывшего металла (при необходимости), поворот ковша в  положение для набора дозы (см. рис 47.)

Рис. 47. Операции, в т.ч.: Т – технологическая, Тр – транспортная, Об - обслуживания, О – основная, В – внешняя, Вн – внутренняя, Вс – вспомогательная. 

Таким образом, временной цикл изготовления отливки

Тц = Тв + Тм , где

Тц - время цикла изготовления отливки;

Tм - внутреннее машинное время цикла без операции «Заливка», но с операцией     «Заполнение формы».

Т_В - внешнее время цикла. Так как отдельные операции цикла могут накладываться на внутренние машинные операции (например: транспортировка ковша во время сборки формы), то под внешним временем цикла можно понимать весь технологический процесс «Заливка» или только его часть, т.е.

T_В = t _зал. ≥ t _зап.      и

Тц = t _зал. + Тм

В таком случае, теоретическая производительность любой литейной машины

Пт = 3600 / (t _зал. + Тм) = 3600 / (T_В + Тм) = 3600 / Тц

На машинах, в основном, механизируются и  автоматизируются основные внутренние технологические и транспортные операции. Линии и  комплексы дополнительно охватывают механизацию и автоматизацию отдельных вспомогательных внутренних и внешних, технологических, транспортных и  обслуживающих операций.

Безлюдная технология возможна только при автоматизации всех, без исключения, операций технологического процесса изготовления литого изделия.

4.1.5. Классификация взаимодействия между инструментами и предметами обработки в литейном производстве.

В процессе изготовления литых изделий практически при­сутствуют все классы технологических операций (I, II, III, IV) (Рис.48)  При этом операции I и II классов связаны в основном с механической обработкой готовой отливки, относятся к группе технологических операций III – I изготовления отливок (см. рис. 3).

Рис. 48.

Основные операции - заполнение формы распла­вом и его кристаллизация относятся соответственно к III и IV классам. Заполнение полости формы - это взаимодействие инстру­мента (формы) с материалом (расплавом) по всей образующей по­верхности формы. Кристаллизация (затвердевание расплава) - это изменение его агрегатного состояния в объеме, ограниченном формообразующей поверхностью под воздействием окружающей среды – операция IV классса.Таким образом, в литейном производстве уже существуют реальные предпосылки к созданию высокопроизводительного обору­дования, так как его определяющие операции находятся на самом высоком уровне технологии.

Более подробно  взаимоотношение между инструментами и предметами обработки будет рассмотрено в  разделе 5.2. «Анализ технологических процессов и оборудования для ССЛ».

4.1.6. Взаимоотношения между технологическими и транспортными операциями. Классификация машин литейного производства.

Машинам литейного производства присущи те же типы взаимоотношений между технологическими и транспортными операциями, что и машин общемашиностроительного производства. Однако, в связи ем, что технологические процессы изготовления литого изделия и сопутствующие изготовлению вспомогательные технологические процессы приготовления расплава, формовочных материалов и т.д. многокомпонентны и многооперационны, до настоящего времени преимущественное распространение среди оборудования для ССЛ нашли одноместные и многоместные машины, относящиеся соответственно к I и II классам по классификации Л. Н. Кошкина.

Класс литейной машины определяется классом взаимоотношений между одной или несколькими основными технологическими операциями и операциями, происходящими во время выполнения основной технологической.

Например, на литейной машине:

1. Во время операций заливки и кристаллизации форма не уходит из стационарной зоны заливки во время ее заполнения и последующей кристаллизации расплава (не транспортируется, освобождая место следующей форме). Это машина I класса.

2. Во время операций заливки и кристаллизации (t зал.< t кр.) форма заливается без движения, отводится в зону кристаллизации и продолжает кристаллизоваться во время заливки следующей формы. Появилась транспортная операция, которая по времени наложилась на одну из основных технологических,- частичное совмещение технологических и транспортных операций. Это машина II класса.

3. Во время операций заливки и кристаллизации, формы непрерывно перемещаются от начала зоны заливки к ее окончанию и освобождая место для другой формы, и от начала ее кристаллизации и т. д. Происходит полное совмещение технологических и транспортных операций.   Это машины III класса.

4. Машины IV класса, как правило, могут быть в том случае, когда основная технологическая операция, является операцией IV класса.

Поэтому, при определении класса машин, необходимо выделить одну или несколько основных (определяющих) технологических операций, выполняемых определенной машиной, и выяснить ее взаимоотношение с транспортной операцией. Производительность всей машины будет целиком и полностью завесить от времени основной операции, независимо от классов других технологических операций и их взаимоотношений (включая ручные операции), которые уже определят не класс машин, а степень их автоматизации.

В общем объеме оборудования для машинного литья наибольшее применение нашли одноместные, однопозиционные, мало,- и много - операционные машины (рис. 49). В основном это машины для литья под давлением, в кокиль, под низким давлением, с противодавлением, выниманием и т.д. Все эти машины - I класса. Для них характерен первый вид отношений - прямое противоречие - когда транспортная функция прерывает технологическую и наоборот.

Рис. 49. Литейные машины I класса.

Машинам I класса присуща строгая последовательность (поочередность) всех машинных операций.   Частичное наложение друг на друга отдельных операций вызывается желанием хотя бы минимально увеличить производительность машин и не меняет сущности взаимоотношений между операциями. Практически одноместные машины работают на пределе своих возможностей по повышению производительности, которая требует сокращения времени каждой из отдельных операций и машинного времени в целом и, следовательно, лимитируется допустимыми ускорениями, скоростями и технологическими ограничениями отдельных рабочих операций.

Машинное время Тм складывается из суммы времени отдельных операций, выполняемых машиной первого класса. Цикл получения отливки включает в себя дополнительно сумму внешних операций T_I.

Отсюда производительность /теоретическая/ машин первого класса

П _TI = 3600 / T_ц = 3600 / (T_В + Тм)

Второй тип отношений между транспортными и технологическими операциями определяется их частичным или полным совмещением в процессе изготовления отливок. Такой вид отношений присущ машинам П класса - двух,- трехместным машинам; многоместным карусельным и конвейерным машинам (рис..50).

Рис. 50.

Машинное время цикла изготовления. отливок в одной форме практически накладывается на сумму времени внешних операций для остальных форм и сумму времени на перемещение с позиции на позицию.

Для многоместных машин время каждого цикла определяется временем внешних операций

Тц = t зал + t пер = Т_B

Для машин второго класса процесс также дискретен. Нужна остановка для заливки расплава в форму. Далее прерывается процесс заливки для подвода к позиции заливки очередной формы. Однако производительность машин второго класса уже определяется только временем заливки (t зал) и временем перемещения (t пер), т.е. суммой времени внешних операций - Тв;

Пт_II = 3600 / (t зал + t пер) = 3600 / Тв

Эта производительность, также как и у машин 1 класса, ограничивается допустимыми скоростями и технологическими ограничениями, но зависит в основном от отношения машинного времени цикла изготовления одной отливки к суммарному времени заливки и перемещения. Число мест многоместной машины (рациональное)

n_II = Тм / (t зал + t пер) = Тм / Тв.

Производительность по сравнению с изготовлением той же отливки на машине I класса увеличивается в (n + 1) раз:

Пт_II / Пт_I = ( 3600 / Тв) / (3600 / (Тв + Тм)) = (Тв + Тм) / Тв = Тв (1 + n_II) / Тв =

= n_II + 1

Пт_{II =} Пт_I (n_{II +} 1)

На 2-х позиционной машине закрытие одной формы осуществля­ется одновременно с открытием другой, заливка одной формы накла­дывается по времени на кристаллизацию расплава в другой и т.д.

Такая же картина наблюдается, например, при поочередном об­служивании одним заливщиком 2-х машин. Наложение машинного вре­мени цикла изготовления одной отливки на технологическое время изготовления другой или вообще наложение по времени операций на одной машине на, не соответствующие им, операции на другой машине поднимает производительность процесса в 1,3 ... 2 раза ж в общем-то зависит от количества позиций на машине или машин в комплексе.

Третий тип отношений между технологическими и транспортными операциями - независимость, точнее - неполная зависимость друг от друга. Все операции машинного времени цикла превращения одной дозы расплава в литое изделие полностью накладываются на многофазное время непрерывно выполняемых внешних операций (заливка). В машинах III класса любая операция разнесена в пространстве и может быть раздроблена на сколь угодно мелкие фазы. Расширение рабочей зоны выполнения различных операций - суть РКЛ.

Любая операция уже не проходит на одной позиции, общей для операций машин I класса, или определенных позициях для выполнения одной или нескольких операций в машинах II класса. Здесь каждая из операций машинного времени цикла выполняется на определенном участке конвейера или ротора. Длина участка тем больше, чем длительнее время операции. Производительность же одинакова для каждой операции машинного времени, не зависимо от ее длительности.

На рис. 51 представлена принципиальная схема роторно-конвейерной линии П этапа технологических операций изготовления литых изделий. Основными составляющими линии являются    два технологических ротора, связанных между собой цепным   конвейером. На конвейере закреплены формы. Первый ротор - заливочный, второй - удаления отливки.

Рис.51. Литейные машины III класса.

Таким образом, весь технологический процесс изготовления отливки от заливки металла в формы до удаления отливок выполняется при непрерывном движении форм. Совместное перемещение форм и расплавленного металла начинается на заливочном роторе и заканчивается на роторе удаления отливки.

Заливочный ротор предназначен для размещения различного рода заливочных устройств, например, ковшей. При этом, операция заливки разбивается на отдельные фазы, число которых равно числу заливочных устройств одновременно производящих заполнение форм со сдвигом фаз заполнения, а время заполнения каждой формы равно времени прохождения формой зоны заливки. Заливочный ротор разбит на отдельные зоны, в которых в технологической последовательнос­ти проходят операции по заливке форм, обслуживания и контроля (каждая операция в своей зоне) заливочных устройств и т.д.

На роторе удаления отливок, раскрывается форма, извлекаются отливки, обслуживаются формы.

На одной из ветвей конвейера осуществляются кристаллизация отливки, на другой - подогрев форм.

Б зависимости от способа литья, материалов, массы, габаритов и конфигурации отливки, количества, выполняемых на машине технологи­ческих операций, машины Ш класса могут быть роторными автоматами, роторными и роторно-конвейерными линиями с двумя и более ротора­ми. В зависимости от типа форм линия (участок, цех) изготовления отливок могут состоять из отдельных линий и технологических рото­ров, объединенных общим технологическим процессом.

Так как в машинах I класса любая операция, как технологичес­кая, так и транспортная, может быть раздроблена на сколь угодно мелкие фазы и разнесена в пространстве, то производительность машин Ш класса теоретически не ограничена.

Однако для литейных машин время выполнения отдельных технологических операций не может быть меньше определенных пределов для конкретных отливок.

Например, сокращение времени кристаллизации может привести к 100% браку.

Поэтому машинное время изготовления отливки остается посто­янным, независимо от класса машин, используемых для осуществле­ния определенного технологического процесса.

Тм = const,

а количество инструментов форм или количество мест  п_III, размещаемых на машине III класса определяется тактом (р) машины или циклом (Т_зц) получения отливки с учетом занимаемых производственных площадей

Т_зц = р = Тв / К, где

К - количество фаз, на которые разбита сумма внешних операций – Тв.       

п_III = Тм / Т_зц = Тм / р

Производительность машин Ш класса в таком случае резко возрастает:

П_ТIII = 3600 / Т_зц = 3600 / р = 3600 * К / Тв = 3600 * К (п + 1) / (Тв + Тм)

П_ТIII = П_ТII * К = П_ТI * (п + 1) * К.

Так как темп машин может быть достаточно малым (Р → 0), а количество фаз достаточно большим (К → 10...100), то производительность для машин Ш класса теоретически не ограничивается. Однако с ростом производительности растет и количество позиций на роторах и конвейерах, количество инструментов и соответственно занимаемая машиной площадь.

Поэтому в каждом конкретном случае следует рассматривать производительность машины III класса с учетом экономической целесообразности.

Быстрая окупаемость машин Ш класса обусловлена не только резким повышением производительности. В роторных, а особенно в РКЛ, оптимальное соотношение «инструмент-машина», резко увеличено в сторону инструмента. Ведь они в значительной степени состоят из инструмента. А, значит, реализован важнейший экономический принцип, влияющий на стоимость обработки.

Нет в машинах и личных «паразитных» устройств. Здесь всё функционально, всё направлено на выполнение технологических операций. Нужно меньше металла и трудоемкости для переработки порции жидкого металла.

К машинам IV класса в литейном производстве относятся машины, у которых не требуется определенной траектории рабочего движения и отсутствует ориентация положения  предметов обработки. Обработка происходит в процессе массового транспортирования предметов обработки в произвольном положении при максимальной плотности. Например, обработка отливок изготовленных литьем по выплавляемым моделям в камере выщелачивания, рис. 52.

Рис. 52. Литейные машины IV класса.

4.1.7. Направления развития машин для ССЛ.

Особенностью литейного производства является то, что в ос­нове технологического процесса изготовления литых изделий лежат операции третьего и четвертого классов. Поэтому направление раз­вития технологических процессов не нуждается в переходе от про­цессов низшего класса (точечного взаимодействия) к процессам высшего класса (поверхностного и пространственного взаимодейст­вия) по основным технологическим операциям. Исключение составля­ют операции вспомогательные.

Совершенствование технологических процессов литья должно идти по 2 м основным направлениям (рис 53)

1. Оптимизация всех существующих операций технологических циклов изготовления литых изделий;

2. Создание новых высокопроизводительных малоотходных и ма­лолюдных технологий.

Рис. 53.

При этом оптимизацию существующих технологических операций необходимо проводить за счет:

1. Повышения класса операций;

2. Сокращения времени отдельных операций;

3. автоматизации всех операций технологических процессов.

Производительность литейных машин, представлена на рис.54.

Рис.54.

Направление развития технологических машин в литейном произ­водстве, - от машин I кл. к машинам III -го и 1У классов и включает целый круг трудоемких задач, так как связано с созданием, совер­шенно новых, III -го и 1У-го классов машин.

Наибольшее развитие в настоящее время получили машины I клас­са – одноместные, однопозиционные машины для различных ССЛ (см. рис. 55).

Рис.55.

В основе конструкции указанных машин лежит механизация и частичная автоматизация основных операций машинного времени. Поэтому совершенствование машин I класса должно проходить по сле­дующим основным направлениям:

I. Технологическим, заключающимся в совершенствовании существующих технологи­ческих операций;

2. Конструктивным.

Совершенствование конструкции машин I класса предусматривает поэтапное повышение технического уровня машин путем:

- количественного увеличения, а также механизации и автоматизации всех вспомогательных внутренних и внешних операций;

- введения устройств контроля, регулирования и стабилизации всех операций технологического цикла;

- развития систем управления от автоматизированных до АСУТП высшего порядка.

Такое совершенствование превращает машины 1 класса в автоматические литейные комплексы, линии, участ­ки и производства, гибкие переналаживаемые системы в основе кото­рых, однако, лежат одноместные машины с самым низким уровнем про­изводительности. Количественное увеличение существующих технологи­ческих операций направлено на изготовление законченной детали из литой заготовки на одной автоматической литейной машине (системе).

Вторую, меньшую часть оборудования литейного производства составляют машины II класса - полуавтоматические и pежe автома­тические, карусельные и конвейерные,  многоместные, и многопозиционные машины, которые находятся на втором уровне технического развития по производительности. Совершенствование развития машин II класса аналогично машинам I класса, т.к. механизация и автома­тизация этих машин превышает соответствующий уровень машин низ­шего класса в силу своих конструктивных особенностей.

Машины Ш и IV классов в литейном производстве надо созда­вать, учитывая общую тенденцию развития по двум направлениям. С одной стороны повышение производительности связанное с разви­тием машин от низшего I класса к высшему IV классу - многопоточ­ному безлюдному производству. С другой стороны - совершенствова­ние качественных показателей, в т.ч.: технологических опера­ций; систем контроля, регулировки, управления; создания новых тех­нологических процессов; АСУТП высшего порядка. Оба направления объединены общей целью создания производственных систем наиболь­шей производительности и максимальных свойств литья.

4.1.8.

Одна из важных характеристик производственного оборудования – отношение массы инструмента к массе машины, составляющее в механической обработке металла 1 : 50000 и более. При таких отношениях обработка становиться чрезмерно дорогой и любые средства автоматизации лишь увеличивают знаменатель этой дроби.

Отношение машина / отливка (форма) по массе показывает неоспоримое преимущество многопозиционных машин перед однопозиционными.

5. ВИДЫ ССЛ. ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЫХ ИЗДЕЛИЙ.

5.1. ССЛ и типы применяемых форм.

В настоящее время преимущественное развитие получили разовые формы, изготавливаемые из смесей на основе кварцевого песка и глины (песчаные формы), являющиеся основными в литейном производстве. Литьем в песчаные формы в настоящее время производится около 80% всего выпуска отливок из черных и цветных сплавов.

Оставшаяся часть выпадает на долю специальных способов литья, которые по сравнению с литьем в песчаные формы отличаются меньшими материало- и энергоемкостью, меньшими трудозатратами, улучшенными условиями труда и позволяют получать отливки повышенной точности, лучшей структурой и чистотой поверхности, оптимальными припусками на обработку, с высокими служебными свойствами.

Существует более полусотни ССЛ, кардинально или незначительно отличающихся друг от друга, в которых применяются различные по способу изготовления и назначения формы.

Анализ существующего многообразия классификаций форм с позиций машинного автоматизированного литья, выявил целесообразность разделения форм по служебным свойствам на три типа: разовые, полупостоянные и постоянные. Типы форм и основные операции их превращения в технологическом процессе изготовления литого изделия показаны на рис. 56, а исходные данные для указанного анализа представлены в Приложении I, 2, 3.

Рис. 56.

Разовые формы изготавливаются для получения одной конкретной отливки и разрушаются для ее извлечения.

Полупостоянные формы имеют металлическую или иную многократно используемую основу, на которую наносится формообразующая облицовка, требующая поцикловой замены или частичного восстановления после удаления каждой или нескольких отливок. К полупостоянным относятся и формы, в которых применяются отдельные элементы разового использования, - песчаные или выплавляемые стержни, или другие элементы формообразующих частей в т.ч. и основных. В общем случае, все формы которые не могут обеспечить многократное изготовление отливок в течении одной рабочей смены без замены или частичного восстановления основных или вспомогательных формообразующих поверхностей, относятся к полупостоянным формам.

Постоянные формы имеют многократно используемую формообразующую поверхность неподвергающуюся полному или частичному механическому восстановлению- в течение одной смены, В процессе изготовления отливок они могут периодически или в течение каждого цикла осматриваться, контролироваться, очищаться, смазываться, краситься и т.д. Многократность использования постоянной формы должна исчисляться десятками и сотнями тысяч отливок и ограничиваться производственной программой, экономичностью или долговечностью составляющих материалов.

Видимо для изготовления форм понадобятся технологические процессы, использующие лазерные и электронные лучи, плазму. Для изготовления сложной литейной формы можно использовать электрофизические и электрохимические способы обработки металлических изделий. Производительность труда возрастет в несколько раз. У нас таких станков производится больше, чем в другой стране, причем в самой широкой номенклатуре, превосходящих по техническим параметрам зарубежные.

Теоретически все способы литья можно осуществить на машинах III класса. Ограничением может быть только экономическая целесообразность такого перевода.

На первом этапе создания литейных роторных линий мы руководствовались следующим:

- наиболее распространенные ССЛ;

- ССЛ номенклатуры Тираспольского МПО «Точлитмаш»;

- перспективные для машин Ш класса ССЛ.

Указанные ССЛ и типы применяемых форм представлены на рис. 57, а основные технологические операции для этих способов на рис. 58.

Рис. 57

Рис. 58

Машины I и 1V классов в литейном производстве надо созда­вать, учитывая общую тенденцию развития по двум направлениям. С одной стороны повышение производительности связанное с разви­тием машин от низшего I класса ж высшему IV классу - многопоточному безлюдному производству. С другой стороны - совершенствова­ние качественных показателей, - в т.ч.:

- технологических опера­ций;

- систем контроля, регулировки, управления;

- создания новых тех­нологических процессов;

- АСУТП высшего порядка.

Оба направления объединены общей целью создания производственных систем наибольшей производительности и максимальных свойств литья.