Вакуумные системы формовочно заливочных участков




Скачать 121.19 Kb.
НазваниеВакуумные системы формовочно заливочных участков
Дата публикации08.04.2013
Размер121.19 Kb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Химия > Документы


Вакуумные системы формовочно - заливочных участков
Шинский И.О., к.т.н., Дорошенко В. С., к.т.н., Бердыев К. Х.О., дипл. инж.

С появлением вакуумируемых форм из сухого кварцевого песка началось развитие технологии формовки без связующего. Первый патент (ФРГ) на литье по газифицируемым моделям (ЛГМ) в вакуумируемую форму выдан Е. Кржижановскому в 1968 г., а с 1971 г. началось освоение в Японии и далее по всему миру литья методом вакуумно-пленочной формовки (ВПФ). В обоих случаях формовка со склеиванием частиц формовочной смеси путем создания мостов между зернами песка, когда прочность связывания зависит от сил когезии и адгезии, уступила место уплотняющего ком песка перепаду атмосферного и пониженного внутриформенного давления воздуха в порах этого песка. Этот перепад вместо химической связи резко увеличил силы трения частиц песка и создал упругие сжимающие напряжения, удерживающие песок формы в неподвижном состоянии при действии какой-либо технологической нагрузки, включая давление залитого металла.


С одной стороны, исключение связующего из формы на порядок и более уменьшило выбросы вредных газов в атмосферу цеха и значительно повысило культуру производства, способствовало ресурсосбережению за счет многократного рециклинга песка без экологически вредных отходов (формы со связующим дают до 80% загрязнений литейного производства), повысило точность отливок за счет исключения прилипания к моделям смеси (снижены или устранены уклоны и припуски на моделях) и уплотнения ее без значительных силовых нагрузок. Но с другой стороны, вакуумирование потребовало от литейщиков понимания сущности баланса давлений на поверхности полости формы и способов ее поддерживания в статичном состоянии, что часто связано с регулированием газопроницаемости поверхностных слоев формы, а также степенью и способом вакуумирования, особенно важных в момент заливки и затвердевания отливки.

Слабое внедрение вакуумируемых форм в отечественное производство (и стран СНГ) объясняется низкой осведомленностью литейщиков о достаточно несложных принципах регулирования газового давления на границе металл- вакуумируемая форма, весьма простом, преимущественно отечественном, оборудовании для обеспечения форм вакуумом, однако смонтированном в части трубороводной разводки в комплекте с системой очистки газового потока по законам газодинамики и гидравлики. Опасение непроверенных собственным опытом технических принципов и неуверенность в сфере пока нетрадиционных для отечественного литейщика знаний дает предпочтение знакомой формовке со связующим при выборе технологических процессов для своего цеха, тем более, при обильной рекламе и др. стимулировании импортеров оборудования для ХТС. Расширение применения ХТС сопровождается усугублением неблагоприятной экологии литейного цеха, что привело к тенденции вытеснения литейного производства из Западной в Восточную Европу, если его не переводят на качественно новый в первую очередь экологический уровень.

Применению вакуума в форме при ЛГМ предшествовало то, что газы от деструкции пенополистироловой (ППС) модели отводились через перфорации опок и проколы в песчаном наполнителе в атмосферу цеха, что по сегодняшним меркам просто недопустимо. Дальнейшие исследования физико-химии процесса ЛГМ и применение вакуума дали новые положительные результаты для получения качественных отливок и повышения экологии производства. Проведенные специалистами нашими научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, определили параметры необходимого вакуума в опоках, что привело к созданию ряда новых разновидностей этого способа литья и соответствующего технологического оборудования, обеспечивающего целостность литейной формы при заливке, стабильного получения точных и качественных отливок.

Рассмотрим принципы вакуумирования форм и основы методики расчета параметров соответствующего оборудования на примере ЛГМ. Во многом это оборудование подобно используемому на участках ВПФ. Степень разрежения (вакуума) в литейной опоке (контейнере) зависит от вида заливаемого металла и обычно колеблется от 460 до 200 мм рт. ст. (0,6 - 0,25 атм.). Одним из главных факторов, определяющих объем газов деструкции при одной и той же марке ППС модели является температура заливаемого металла, от 650 С для алюминиевых сплавов до 1800 С для жаростойких железоуглеродистых.

Изучение физико-химических процессов взаимодействия жидкой фазы и паров ППС модели с затвердевающим и жидким металлом отливки в песчаной форме привело к выяснению требований к формовочным материалам – их плотности, газопроницаемости и теплофизическим свойствам. Адсорбентом продуктов разложения твердого ППС при ЛГМ потенциально является как металл отливки, так и формовочный материал. Одной из главных результатов применения вакуума при ЛГМ явилось во многих случаях практически полное исключение жидкого металла из числа таких адсорбентов при заливке и сопутствующих ей физико-химических процессах, а также достижение устойчивого механизма получения прочной песчаной формы.

При этом были исследованы смачиваемость различных формовочных материалов продуктами деструкции ППС (адгезионные процессы), прямые и обратные химические реакции между материалом и формой, диффузионные и тепловые процессы переноса, зависимость прочности формы и скорости откачки газов от гранулометрического состава формовочных материалов, их теплостойкость. Наиболее экономически приемлемыми и технически пригодными оказались кварцевые пески с размерами зерна в пределах 0,2-0,3 мм с содержанием пылевидных частиц размерами менее 0,05 мм не более 6-8 %, плотностью в пределах 1,45-1,65 г/см3 и влажности не выше 0,5-0,6 %. Поскольку основным стабилизирующим прочность формы фактором является вакуум, уплотняющий ее перепадом газового давления вне и внутри песка формы, то надежность работы и грамотная эксплуатация всей вакуумной системы является определяющим в процессе формовки и заливки.

При расчете вакуумной системы участка (цеха) ЛГМ прежде всего исходят из ее функционального назначения, будет ли она использоваться для формовки и заливки, пневмотранспортирования формовочного материала (песка), обеспечения работы модельных полуавтоматов, т.е. раздельной для всех технологических площадок или общей. Это обычно зависит от годовой производительности участка ЛГМ и организации производственного процесса. Порядок и правила расчета пневмотранспорта всасывающего типа (вакуум -транспортная система) приведены в учебниках и справочниках [1], а предварительные и приближенные расчеты вакуумных систем формовочно - заливочного участка (ФЗУ) ЛГМ можно вести по данным, приведенным в [2-4].

Некоторая сложность расчетов вызвана отсутствием единых справочных численных характеристик протекающих физико-химических, термо- и газогидродинамических процессов, необходимых для определения скорости деструкции ППС модели, образуемого объема газов с учетом газового взаимодействия этих продуктов деструкции с формовочным материалом, подвергаемом вакуумированию. Многофакторность принимаемых во внимание изменяемых параметров, усложняющих процесс расчетов, демонстрируется следующим примером. Если пористость уплотненного формовочного кварцевого песка составляет 35-38% [4], то не ясно, как будет изменяться площадь межзеренного сечения (как газового канала) при конденсации паров газа на поверхности песчинок. Модели из одной марки ППС при литье сплавов с разными температурами газифицируется по-разному, создавая различные давление и объем газов деструкции за единицу времени.

Кроме этого, происходит уменьшение пор за счет термического расширения зерен песка, что также изменяет общую площадь проходного сечения формовочного материала. Одновременно, по мере перемещения газов в толще песка, происходит его охлаждение, вызывающее соответствующее уменьшение объема газов, исходящих преимущественно из зазора между зеркалом заливаемого жидкого металла и твердой частью ППС модели при ее термодеструкции. По законам гидродинамики при обтекании тела скорость текущей жидкости или газа на поверхности тела равна нулю. В межзеренном пространстве с порами, составляющими микрометры, сопротивление течению газа также зависит от шероховатости и угловатости зерен, их фракционного состава. Шероховатость газовых каналов при ЛГМ - величина не постоянная, т.к. вокруг песчинок образуется "рубашка" из сконденсированных продуктов испарения ППС. Кроме этого, за счет вакуума жидкая составляющая деструкции ППС проникает до 60 мм вглубь песка формы, также уменьшая площадь прохода газов. При многократном обороте песка песчинки покрываются углеводородными и сажистыми пленками, очистку от которых выполняют в разработанных компанией установках терморегенерации песка. Вышеприведенные аргументы учитывают при закладывании запаса производительности вакуумных насосов в откачивающих системах формовочно - заливочных участков ЛГМ.

Другой особенностью работы вакуумных систем при ЛГМ и ВПФ является наличие частиц формовочного материала – песка в отсасываемых газах, количество их может составлять 0,1-3 % от объема, что зависит от конструкции опок. Попадая в насос, частицы песка быстро изнашивают его внутренние части. Применение циклонов различных типов не решает полностью эту проблему, т.к. теоретически степень их очистки составляет не более 97 % от их пропускной способности. Производственная практика специалистов компании при эксплуатации вакуумных систем ФЗУ показала необходимость разработки жидкостных песко- и пылеотделителей. Их использование на ряде предприятий показало высокую эффективность очистки газов, что привело к увеличению срока службы насосов. Основным критерием выбора вакуумного насоса является требуемая производительность и величина вакуума на выходе из литейной формы или одновременно вакуумируемых форм.

Если производство проектируется для получения отливок из алюминиевых сплавов, то степень разрежения, создаваемого насосом в опоке-контейнере, должна быть около 400-460 мм рт. ст., для отливок из черных металлов - 150-200 мм рт.ст. Проведенные исследования показали, что температура газов деструкции в зазоре между зеркалом металла и моделью может достичь до 1/2 температуры заливаемого металла, и, далее перемещаясь на выходе из контейнера, может иметь от 1/5 до 1/4 температуры металла. Объем и температура отсасываемых газов с учетом перечисленных физико-химических процессов; объема, качества и физико-механических свойств формовочного материала; массы, объема и вида металла отливки; расположения модели в контейнере; температуры окружающей среды; марки применяемого ППС – колеблются в широких пределах.

Для расчета объема отсасываемых газов необходимо исходить из законов сохранения массы и энергии, термо- и гидрогазовой динамики, тепло - массопереноса. Взаимосвязь объема газа V, давления Р и температуры Т выражается формулой [2]:

Р · V = nRТ,

где n - число молей в объеме V при температуре Т и давлении Р; R = k · N, где k - коэф.- постоянная Больцмана, N - число молекул в 1 грамм-молекуле. Исходя из этого, можно использовать формулу:

(закон Бойля-Мариотта).

Зная температуру заливаемого металла, массу ППС модели и используя вышеприведенные температуры при ЛГМ, определяют объем газов V на выходе из литейной формы. Далее расчет всей вакуумной системы можно вести по формулам из работ [1, 2, 5].

^ Выбор насоса и элементов вакуумной системы. Исходя из предназначения вакуумной системы – раздельной по технологическим площадкам или общей на весь производственный цех ЛГМ, производится расчет показателей потребного насоса / насосов. Наиболее оптимальным по экономическим, пожарно-санитарным, эксплуатационным характеристикам является применение сухих кольцевых или водокольцевых вакуумных отечественных насосов серии ВВН или НRВ (Корея, Hwahghae Electric). Применение сухих вакуум-насосов требует меньше площадей без наличия системы водоподготовки и водооборота или -питания, но плохо стыкуется с системой утилизации откачиваемых газов с продуктами деструкции ППС. Конструктивные элементы насоса не должны корродировать в газовой среде. Количество частиц формовочного материала (песка) во входящем в насос газе должно быть предельно минимальным, что требует усложнения элементов пылеулавливания вакуумной системы, однако, в целом, применение сухих насосов, как при монтаже, так и при эксплуатации, менее затратно.

Водокольцевые вакуумные насосы (ВВН) для своей работы требуют наличие системы водоподготовки и водоснабжения. Наибольшая эффективность у них достигается при использовании воды с температурой ниже +30 С. Другой особенностью их работы является наличие воды в выбрасываемом насосом газе, что усложняет работу стоящих (как правило) за ними установок каталитического дожига газов с продуктами деструкции в процессе приведения выбрасываемых в атмосферу газов до санитарно-экологических норм – ПДК. Вода при работе ВВН нагревается, что снижает их производительность, а также при достижении температуры + 55 С минеральные включения из воды начинают выпадать в осадок. С целью экономии желательно создавать закрытые замкнутые системы водоснабжения, изначально заполненные дистиллированной водой. Водоемы открытых систем, особенно расположенных вне цеха, летом зеленеют, что требует их регулярной очистки. Разумеется, этих проблем можно было бы избежать, используя поршневые, золотниковые, роторно-пластинчатые насосы. Но этого нельзя делать, т. к. во всех этих насосах имеется масло, а откачиваемые газы при выходе из литейной формы имеют температуру намного выше +100С. Масло в таких насосах, если не горит, то коксуется и, кроме того, пары масла, сконденсировавшиеся на входной трубопроводе, - тоже источник возгорания.

Обязательным элементом вакуумной системы ФЗУ является вакуумный аккумулятор (ВА). Конструкции аккумуляторов, разработанные компанией, емкостью 1-3 м3 имеют защитные элементы в виде предохранительных пластин и обратных клапанов, что позволяет легко производить работы по их очистке. Определение толщины стенки ВА производится по формуле [2]:

, где:

D - внутренний диаметр обечайки, см; Рр - давление расчетное, кг/см2; Еt - модуль продольной упругости материала при 20 С, кг/см2; С – поправочный коэффициент (утоньшение стенки при эксплуатации); l - длина обечайки, см. Основное предназначение ВА – обеспечение плавности работы вакуумного насоса.

Описание конструкции водного пылеосадителя, разработанного компанией, приведено в статье [6], а расположение рассматриваемого оборудования на планировке цеха – в статье [7]. Трубопроводы, как указано в [2, 3, 5], должны быть по диаметру согласованы с диаметром всасывающего отверстия насоса и изготовлены максимально короткими. Но для ФЗУ соблюдение этого принципа не всегда оправдано, т.к. отсасываемые газы имеют большую температуру и нагревают как элементы вакуумной системы, так и воду, тем самым, снижая производительность ВВН. Пропускную способность трубопровода определяют по формуле [2]:

, л/с, где:

d - диаметр трубопровода, см; l - длина трубопровода, см. Необходимо стремиться, чтобы он соответствовал производительности насоса и имел меньше изгибов.

Опыт эксплуатации запорно-регулирующей арматуры показал, что наиболее надежны и дешевы шаровые краны, которые массово выпускаются с проходными диаметрами от ¼ до 4, их легко монтировать. Как упоминалось выше, откачиваемые газы с продуктами деструкции ППС или синтетической пленки при ВПФ должны перед выбросом в атмосферу очищаться в специальных установках. Для предварительного осаждения частиц формовочного материала рекомендуется использование серийно выпускаемых циклонов разработки ЦАГИ и "Союзэлеватор". С целью экономии производственных расходов и надежности работы вакуумной системы целесообразно вместо одного водного насоса требуемой производительности установить два насоса меньшей производительности и подключить их параллельно.

В качестве примера ниже приведены две схемы вакуумной системы участков ЛГМ, на рис. 1 – система предназначена только для формовки и заливки, на рис. 2 – для формовки, заливки, обеспечения работы системы подготовки и пневмотранспортирования песка.


Н1– насос ВВН; ОК – обратный клапан; ВА – вакуумный аккумулятор; М1,М2 – вакуумметр 01; ПО – пылеосадитель ; К1-К7 – краны шаровые; В1-В4 – вентили; Р1-Р5 – рукава; В1-В12 – вентили;

Все стенки должны быть герметичными. Падение давления в сети не более 0,05 атм. (контроль по М1)

Рис. 1 – вакуумная система участков формовки-заливки Q≤12 м3/мин.


Таким образом, в статье рассмотрена методика конструирования и расчета вакуумных систем формовочных участков с учетом ряда разнообразных факторов, принятых во внимание при определении производительности насосов, пропускной способности очистных и трубопроводных элементов. Оборудование этих систем комплектуется преимущественно отечественными изделиями. Такая информация будет полезна при организации современных участков ЛГМ и ВПФ, которые обладают возможностями поднять экологическую культуру производства и обеспечить выпуск высокоточных отливок из различных сплавов.
Литература :
1. Иванченко Ф. К. и др. Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин. Киев: "Вища школа", 1978.

2. Овсянников К. М.. Основы расчета вакуумных систем, применяемых в литейном производстве. М.: Машиностроение, 1971.

3. Минаев А. А.. Вакуумная формовка. М.: Машиностроение, 1984.

4. Васильев В. А.. Физико-химические основы литейного производства. М.: МВТУ им. Н. Э. Баумана, 1994.

5. Фролов Е. С. и др. Вакуумная техника. Справочник. М.: Машиностроение, 1992.

6. Дорошенко В. С., Шинский И. О., Бердыев К. Х. Оборудование непрерывного действия для литья по газифицируемым моделям // Процессы литья – 2009.- №2. – С. 56 – 61.

7. Дорошенко В. С., Бердыев К. Х., Шинский И. О. Структура цеха литья по газифицируемым моделям и особенности его проектирования // Металл и литье Украины. – 2010.- №4 . – С. 8 –16.
Резюме. Рассмотрена методика конструирования и расчета вакуумных систем формовочных участков с учетом ряда разнообразных факторов, принятых во внимание при определении производительности насосов, пропускной способности очистных и трубопроводных элементов. Приведены 2 схемы вакуумных систем литейных участков. Информация будет полезна при организации современных участков ЛГМ и ВПФ, которые обладают возможностями поднять экологическую культуру производства и обеспечить выпуск высокоточных отливок из различных сплавов.
Вакуум, литейный цех, литейное производство, конструирование, ЛГМ, ВПФ.
Резюме. Розглянуто методику конструювання та розрахунку вакуумних систем формувальних дільниць з урахуванням низки різноманітних факторів, прийнятих до уваги при визначенні продуктивності насосів, пропускної здатності очисних і трубопровідних елементів. Наведено 2 схеми вакуумних систем ливарних дільниць. Інформація буде корисна при організації сучасних дільниць ЛГМ і ВПФ, які дозволяють підняти екологічну культуру виробництва і забезпечити випуск високоточних виливків із різних сплавів.
Вакуум, ливарний цех, ливарне виробництво, конструювання, ЛГМ, ВПФ.
Vacuum systems of foundry shops.

Summary. We consider the method of designing and calculating vacuum systems moulding plots against a number of different factors taken into account in determining the performance of pumps, the capacity of sewage and piping items. We present 2 plans vacuum systems of casting sites. The information will be useful for the organization of modern Lost Foam foundry sites and V-process sites, which have the potential to raise ecological culture of production and to produce precision castings of various alloys.

Vacuum, foundry, Lost Foam, V-process, construction, casting.



Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Вакуумные системы формовочно заливочных участков iconВ одокольцевые вакуумные насосы
Допустимо легкое загрязнение газов твердыми примесями (размер твердых частиц 0,1 мм). Вакуумные насосы uvhd двухступенчатые с диапазоном...

Вакуумные системы формовочно заливочных участков iconВодокольцевые вакуумные насосы
Предназначены для отсасывания воздуха, газов и паров механически чистых, возможно слегка загрязненных (размер твердых частиц 0,1...

Вакуумные системы формовочно заливочных участков iconШестого созыва сороковая сессия решение
Об утверждении землеустроительной документации по отводу земельных участков, предоставлении в пользование земельных участков

Вакуумные системы формовочно заливочных участков iconНекоторые особенности оценки земельных участков Издательство «Экономика»
Сопоставление цен продаж аналогичных земельных участков (сравнительный подход) 23

Вакуумные системы формовочно заливочных участков iconШестого созыва двадцать девятая сессия решение
Об утверждении землеустроительной документации по отводу земельных участков и предоставлении в пользование земельных участков

Вакуумные системы формовочно заливочных участков iconШестого созыва
Об утверждении землеустроительной документации по отводу земельных участков, предоставлении в пользование земельных участков и изменении...

Вакуумные системы формовочно заливочных участков iconПеречень земельных участков для продажи земельных участков и прав на них (аренда)
Земельный участок за границами населенных пунктов Верхореченского сельского совета, в районе

Вакуумные системы формовочно заливочных участков iconСтахановский городской совет шестого созыва тридцать восьмая сессия решение
Об утверждении землеустроительной документации по отводу земельных участков и предоставлении в пользование земельных участков

Вакуумные системы формовочно заливочных участков iconРешение Мариупольского городского совета от 19. 06. 2007 №5/13-1984...
О прекращении права аренды земельных участков и предоставлении земельных участков гражданам, юридическим лицам в связи с пе-реходом...

Вакуумные системы формовочно заливочных участков iconКрио вакуумные технологии получения металлоотливок в песчаных формах
Высокие нормы ресурсосбережения достигаются многократным использованием формовочных материалов

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<