Оборудование литейных цехов. Учебник для машиностроительных вузов.
Аксенов П. Н.
Машиностроение, 1977 г.
История развития механизации литейного производства.
Механизация литейного производства в мировой практике насчитывает всего каких-нибудь 50—70 лет. Началась она с создания примитивных формовочных машин, если не считать применявшихся в еще более раннее время простых подъемных кранов на формовке и лифтов для подъема шихты на колошниковую площадку вагранок.
В начале XX века механизация литейного производства во всех странах была на низком уровне. Литейные цехи работали на ступенчатом режиме работы. Характерным в этот период было применение формовочных машин с ручной набивкой, а также изредка гидравлических прессовых машин. Для приготовления формовочных материалов использовались простейшие машины (бегуны, сита, дезинтеграторы), а для очистки отливок — пескоструйные аппараты.
В 20-х годах появились и быстро распространились пневматические встряхивающие формовочные машины. Усложнялось и усовершенствовалось смесеприготовительное оборудование, появились пневматические выбивные устройства, оборудование для очистки отливок, совершенствовалась механизация транспорта шихтовых и формовочных материалов, отливок. Создавались и внедрялись в производство литейные конвейеры и поточный метод работы.
В нашей стране механизация литейного производства получила свое развитие в годы Советской власти, начиная с первой пятилетки индустриализации страны.
В дореволюционной России механизации литейного производства практически не было. Годовая мощность отдельных наиболее крупных литейных цехов не превышала 10 тыс. т литья.
Процесс развития механизации литейного производства в пашей стране можно разделить на следующие периоды.
1. Первоначальный период (с 1927 до 1941 г.). В этот период происходит невиданный для прежней России рост промышленности, создаются ее новые отрасли, строятся крупнейшие механизированные заводы. Строятся и пускаются литейные цехи, работающие на поточном режиме, с высокой степенью механизации, с конвейерами, с годовым выпуском до 100 тыс. т литья.
Параллельно с коренным перевооружением и механизацией литейного производства в СССР в этот период развертывается и изучение новой техники. Проводятся научно-исследовательские работы, разрабатываются теории рабочих процессов и методов расчета литейного оборудования, главным образом прессовых и встряхивающих формовочных машин. Начинает формироваться советская научная школа Московского высшего технического училища, основанная и возглавляемая д-ром техн. наук проф. Н. П. Аксеновым. Им же в рассматриваемый период впервые создастся и в дальнейшем развивается курс оборудования литейных цехов как специальная дисциплина в машиностроительных вузах Советского Союза.
2. Период Великой Отечественной войны и послевоенного восстановления промышленности (1941—1950 гг.). В этот период советское литейноо машиностроение становится самостоятельной отраслью промышленности. Восстановление заводов после войны было связано с большими работами по модернизации, расширению и дальнейшей механизации литейных цехов. Модернизируются старые и создаются новые типы и конструкции советских машин литейного производства. Укрепляется база для серийного изготовления таких машин.
Продолжается и углубляется разработка расчетно-теоретических вопросов по литейному оборудованию. Создаются основы теории рабочих процессов пескодувных машин, пескометов, дробемотных магаии для очистки отливок, разрабатывается и углубляется методика их расчета и проектирования.
3. Период после 1950 г. Происходит дальнейшее развитие и рост механизации литейного производства в стране, появляются новые методы литья с целью получения отливок повышенной точности. Проектируются и создаются новые, усовершенствованные машины литейного производства. Ставится и реально осуществляется задача создания машин-автоматов и автоматических литейных линий, комплексно-автоматизированных участков и цехов. Углубляется и расширяется разработка теории и методов расчета машин литейного производства.
В 70-е годы интенсивно повышается уровень механизации отечественного литейного производства путем введения новейшего и кардинального обновления существующего парка оборудования.
Значение механизации литейного производства. Развитие и усовершенствование машиностроительной промышленности неизменно сопровождается прогрессивным уменьшением трудоемкости изготовляемых изделий. Поэтому важнейшей задачей на производстве является обеспечение систематического роста производительности труда.
В литейных цехах эта задача решается двумя путями:
1) применением новых технологических процессов, либо дающих непосредственное уменьшение трудоемкости изготовления отливок, либо позволяющих получить более точные отливки, что дает возможность уменьшить объем и, следовательно, трудоемкость и стоимость механической обработки литых заготовок в механосборочных цехах; однако применение новых технологических процессов в литейных цехах (под давлением, кокильного, центробежного, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, выжиманием и др.) ограничено по номенклатуре отливок и в целом по машиностроению может охватить лишь максимум 20—25% всего литья;
2) механизацией литейного производства, являющейся основным средством уменьшения трудоемкости получения отливок, применимым для наиболее широкой номенклатуры отливок. Кроме повышения производительности труда, механизация дает повышение точности и качества отливок и коренное улучшение условий труда.
Средний уровень производительности труда ,выражающийся в выпуске годных отливок (т/год) на одного списочного работающего, возрастает с увеличением мощности цеха и одновременно степени механизации,становясь для крупных высокомеханизированных цехов в 2—3 раза Р, т/год-чел. больше, чем для мелких маломеханизированных.
Поэтому в передовых индустриальных странах делают большие капиталовложения в механизацию и оборудование литейных цехов, что окупается увеличением производительности труда (экономией на трудозатратах), а также повышением точности отливок (экономией на сокращении объема механической обработки).
Основная доля трудоемкости изготовления отливок, а именно от 50 до 70%, мощности литейного цеха приходится на формовку (с приготовлением формовочных смесей) и изготовление стержней. Следовательно, большое значение имеет механизация и автоматизация этих основных участков литейного цеха. Кроме того, в связи с тяжелыми санитарно-гигиеническими условиями труда первоочередной задачей является также механизация и автоматизация участков выбивки и очистки отливок.
Технологические основы проектирования высокопроизводительных рабочих машин-автоматов
Две стороны технологического процесса. При проектировании автоматических машин и линий решающее значение имеют прежде всего выбор технологического процесса, который закладывается в основу машины, и выбор принципиального типа машины.
Во всяком технологическом процессе можно различать две его стороны — качественную и организационную.
Качественная, или собственно технологическая сторона рабочего процесса определяется физикой и химией явлений, происходящих при его осуществлении. Она обусловливает получение продукции того или иного качества (точности получаемых отливок и чистоты поверхности, структуры и свойств металла в отливках, отсутствия в них внутренних дефектов и остаточных напряжений). Технологический характер выбираемого рабочего процесса является первичным фактором успеха, так как никакая механизация и автоматизация не может исправить неправильной технологии. Автомат, спроектированный на основе неправильного технологического процесса, будет давать сплошной брак. Поэтому выбору качественной стороны технологического процесса при проектировании машин следует уделять самое серьезное внимание.
Однако имеется другая сторона технологического процесса, заключающаяся в его организации на машине в пространстве и во времени. От этого зависит производительность и работоспособность как самой машины, так и всего производственного потока в целом. Рассмотрим эту вторую, организационную сторону технологических процессов.
Расчленение технологического процесса. Технологический процесс можно расчленить на части, называемые операциями и переходами.
Операцией называется законченная часть процесса, выполняемая на отдельном рабочем месте или на машине. Примерами операций могут служить формовка, изготовление стержня, сборка формы.
Переходами называются простейшие технологические элементы, на которые может быть расчленен технологический процесс или его часть — операция. Каждый новый переход характеризуется получением нового технологического результата или качества.. Так, при обработке на металлорежущих станках новый отдельный переход дает новую обработанную поверхность или новую часть ее. Например, сверление двух отверстий — это два отдельных перехода. Насыпка в опоку формовочной смеси из бункера, уплотнение смеси в опоке встряхиванием, поднрессовка, съем набитой опоки с модельной плиты — все это отдельные переходы операции формовки, например верхней опоки на формовочной машине.
Последовательные переходы данного рабочего процесса можно организационно выполнять на машине различным образом, располагая и комбинируя их по времени и размещая на рабочих органах машины, например, последовательно или одновременно, на одном рабочем месте машины или нескольких и т. д. При этом сама технология процесса, т. е. последовательность обработки, выполняемой над любым проходящим через машину объектом обработки, должна, разумеется, сохраняться одной и той же.
График выполнения во времени и в пространстве отдельных технологических элементов процесса, или переходов, называется циклограммой процесса или машины. Циклограмма отражает ту или иную организационную структуру технологического процесса, которой отвечает та или иная принципиальная схема агрегатирования машины, т. с. схема размещения и сочетания ее рабочих органов, или агрегатов.
Можно выделить три прогрессивных принципа построения организационной структуры рабочих процессов и соответственно три принципа агрегатирования машин в современном машиностроении: многопозиционной, многопоточной и многоинструменталыюй обработки.