PODSTAWOWE PARAMETRY PROCESU FORMOWANIA PODCIŚNIENIOWEGO. M. ŚLAZYK 1, K. SMYKSY 2 Wydział Odlewnictwa AGH, ul. Reymonta 23, Kraków

Transkrypt

1 6/8 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 006, Rocznik 6, Nr 8 (/) ARCHIVES OF FOUNDRY Year 006, Volume 6, N o 8 (/) PAN Katowice PL ISSN PODSTAWOWE PARAMETRY PROCESU FORMOWANIA PODCIŚNIENIOWEGO M. ŚLAZYK, K. SMYKSY Wydział Odlewnictwa AGH, ul. Reymonta, Kraków STRESZCZENIE W artykule przedstawiono analizę odmian maszyn formierskich, w których zastosowano instalacje podciśnieniowe. Na podstawie wyników własnych badań procesu podciśnieniowego przedyskutowano najważniejsze parametry wpływające na przebieg procesu i uzyskiwane efekty zagęszczania. W badaniach zastosowano metodę szybkiego filmowania procesu oraz dynamiczne pomiary ciśnienia. Key words: vacuum assisted moulding, foundry machines. CHARAKTERYSTYKA FORMOWANIA PODCIŚNIENIOWEGO Wykorzystanie podciśnienia w przestrzeni technologicznej w celu uzyskania zagęszczenia wstępnego jest stosowane od szeregu lat [,,,]. Materiały źródłowe dotyczące tej metody zagęszczania są jednak stosunkowo nieliczne. Początkowa wartość ciśnienia absolutnego w przestrzeni technologicznej może osiągać 0 kpa []. Ostateczne zagęszczenie osiągane jest zawsze przez doprasowanie. Podkreślane są zalety procesu : odpowiedni stopień zagęszczenia, także przy trudnych technologicznie modelach, dobre odwzorowanie ich konturów, małe zużycie modeli oraz niski poziom emisji hałasu poniżej 85 db (A) [,,]. Na rysunku przedstawiono uproszczone schematy maszyn w których zastosowano omawiany proces, opracowane na podstawie dostępnych źródeł [,,]. Stosowany jest on w formowaniu bezskrzynkowym jak i skrzynkowym. W większości prezentowanych przykładów- rys. a,b,c,d proces podciśnieniowy występuje jako pewna odmiana procesu dmuchowego. Gradient ciśnienia i związany z nim przepływ powietrza mgr inż., mslazyk@agh.edu.pl dr inż., ksmyksy@agh.edu.pl 89

2 powoduje transport masy z zasobnika lub komory nabojowej do komory formowania lub skrzyni. Proces podciśnieniowy może być wykorzystany do wspomagania zagęszczania metodami dmuchowymi- rys.e (w automatach DISA []). a) b) c) d) e) f) 6 5 Rys.. Uproszczone schematy maszyn wykorzystujących podciśnienie w procesie formowania: a), b) Künkel Wagner- warianty: Vacupress c) Disa Forma, d) Haflinger, e) Disa (przyładowa modyfikacja), f) Wariant procesu realizowany przez autorów; -przestrzeń technologiczna - płyta modelowa,, -płyta prasująca z modelem, - zasobnik masy formierskiej, 5-instalacja podciśnieniowa, 6-zawór Fig.. Simplified scheme of moulding machines using vacuum in moulding process: a), b) Künkel Wagner- variants of Vacupress c) Disa Forma, d) Haflinger, e) Disa (exemplary modification), f) Variants of the process realized by authors; - technological chamber, -pattern plate, - squeezing plate, - moulding sand hopper, 5- vacuum system, 6- valve. BADANIA ORAZ DYSKUSJA WYNIKÓW Wyniki badań dotyczą formowania podciśnieniowego realizowano według wariantu z rysunku f. Układ badawczy obejmował; stanowisko do badań modelowych z formą ze szkła organicznego (opisane we wcześniejszych publikacjach [5,6]) oraz prototypowe stanowisko wykorzystujące formierkę FKT 5 wyposażoną w instalację podciśnieniową- rys.. W badaniach stosowano syntetyczną masę z bentonitem oraz pyłem węglowym - podstawowe właściwości masy to: R c w = 0, MPa, P w =,0 m /MPa s, W=, %. 90

3 PC M Rys.. Widok i schemat stanowiska do badań procesu formowania podciśnieniowego na bazie formierki FKT 5; - zbiornik podciśnieniowy, - pompa próżniowa z napędem, i 7- czujniki ciśnienia, 5- zawór, 6- skrzynka formierska z nadstawką, 8- korki odpowietrzające Fig.. View and scheme of stand for vacuum assisted moulding investigation based on the moulding machine FKT 5 type; - vacuum receiver, - vacuum pump with drive, i 7- pressure gauges, 5- valve, 6- moulding flask with frame, 8- vents W badaniach stosowano modele o dużej smukłości wnęki wewnętrznej (osiągającej stosunek h/d ~ ). Wyniki badań zaprezentowano w publikacjach [5,6]. Korzystny wpływ podciśnieniowego zagęszczania wstępnego na osiągane końcowe efekty formowania (po doprasowaniu) w porównaniu do form zagęszczanych samym prasowaniem był wyraźny. Nieco wyższe wartości twardości formy uzyskano na zewnątrz modeli. Istotne jest jednak, że występował znaczący wzrost twardości w obszarze szczelin modeli. Na rysunku przedstawiono wybrane fazy różnych wariantów zagęszczania podciśnieniowego, zarejestrowane podczas filmowania procesu szybką kamerą FAST- CAM Super 0KC. W celu wizualizacji przemieszczania masy zastosowano warstwy o różnych barwach. Umożliwia to analizę przemieszczania się masy podczas procesu zagęszczania. Na rysunku przedstawiono przykładowe wykresy opracowane na podstawie analizy zarejestrowanych filmów. Wykazują one dynamiczny charakter przebiegu procesów pomimo stosunkowo niskiego gradientu ciśnienia w porównaniu do innych metod strumieniowych. Zastosowanie szczelnego krążka ułożonego na powierzchni masy umożliwia uzyskanie dogęszczenia górnych warstw masy. Stosunkowo niewiele wpływa na I fazę procesu- zbliżone wartości prędkości (krzywe, na rysunku b); II faza- doprasowanie podciśnieniowe przebiega znacznie wolniej. Efekt końcowy zagęszczania był podobny zarówno w jednostopniowym zagęszczaniu podciśnieniowym z zastosowanym krążkiem jak i w procesie dwustopniowym: zagęszczenie podciśnieniowe z następnym doprasowaniem podciśnieniowym przy użyciu krążka. Oczywiście dotyczy to określonych warunków prowadzenia badań. Badania procesu formowania prowadzono również na omawianym wcześniej stanowisku prototypowym (rys. ) odpowiadającym wariantowi z rysunku f. Również w przypadku procesów formowania z wykorzystaniem podciśnienia obserwowano poprawę efektów zagęszczania [6]. Przeprowadzone pomiary ciśnienia w odpowiednich punktach układu technologicznego wskazują na możliwość optymalizacji jego kon- 5 9

4 strukcji prowadzącej do dalszej poprawy efektów wstępnego formowania podciśnieniowego rys.5. a) b) c) t I =0,0 s t I =0,0 s d) e) f) t II =0 s t II =0,096s Rys.. Wybrane fazy procesu zagęszczania podciśnieniowego I- a,b,c oraz doprasowania podciśnieniowego II- d,e,f zrealizowane na stanowisku modelowym; procesy filmowane szybką kamerą cyfrową FASTCAM 0 KC- klatki b,c,d,e ; stan początkowy- a i końcowy- f: fotogafie wykonane aparatem cyfrowym; t I, t II czas mierzony od początku danej fazy zagęszczania Fig.. Chosen phases of vacuum moulding process I- a,b,c and vacuum squeezing II- d,e,f realised on model stand; processes have been filmed with high speed camera FASTCAM 0 KC- frames b,c,d,e; initial state- a and final state- f: digital camera photographs Dotyczy to zwłaszcza możliwości uzyskiwania mniejszych wartości ciśnienia w przestrzeni pod płytą modelową. Wykresy przedstawione na rysunku dowodzą przydatności pomiarów w doborze parametrów konstrukcyjnych formierek podciśnieniowych w powiązaniu z realizowanym wariantem procesu. Obserwowano poprawę efektów zagęszczania wstępnego wraz z obniżaniem ciśnienia w zbiorniku instalacji próżniowej. Ten parametr pracy instalacji wymaga jednak kompleksowej analizy- zmniejszenie wartości ciśnienia początkowego wiąże się z większymi kosztami (koszty instalacji, nakłady energetyczne). 9

5 a) b) Przemieszczenie górnej warstwy masy - H ; m Prędkość górnej warstwy masy - v ; m/s 0,6 0,5 0, 0, 0, 0, 0, 0,9 0,8 0,7 0 0,0 0,0 0,06 0,08 0, 0, 0, 0,6 0,8 0, Czas - t ; s,8,6,, 0,8 ` 0,6 0, 0, 0 0 0,0 0,0 0,06 0,08 0, 0, 0, 0,6 0,8 0, Rys.. Przemieszczenie- a) oraz prędkość- b) górnej warstwy masy w wybranych wariantach formowania podciśnieniowego; - zagęszczanie podciśnieniowe I faza wg rys. a-c, - prasowanie podciśnieniowe, - doprasowanie podciśnieniowe II faza wg rys.d-f Fig.. Displacement- a and velocity- b of upper surface of sand layer in selected modifications of vauum moulding; - vacuum moulding phase I acc. fig. a-c, - vacuum squeezing, - vacuum squeezing II phase acc. fig. d-f (after first step- of compaction) Czas - t; s W Katedrze Mechanizacji, Automatyzacji i Projektowania Odlewni AGH prowadzone są badania omawianej metody w ramach realizacji prac własnych i statutowych. Podstawową ideą badań było sprawdzenie możliwości wspomagania procesu zagęszczania prasowaniem, w trudnych technologicznie szczelinach modeli. a) b) Ciśnienie absolutne - P ; MPa Ciśnienie absolutne - P; MPa 0, 0,0 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,0 0,0 0, Czas - t ; s 0, 0,0 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,0 0,0 0, Czas - t ; s Rys. 5. Przebiegi czasowe ciśnienia absolutnego- P w przestrzeni pod płytą modelową a) i zbiorniku próżniowym- b) w trakcie realizacji różnych wariantów procesu; - zagęszczanie podciśnieniowe z równoczesnym prasowaniem, - zagęszczanie podciśnieniowe, - proces przepływu powietrza przy pustej przestrzeni technologicznej Fig. 5. Time run of absolute pressure- P in space under pattern plate- a) and vacuum receiverb) during different modification of the process; - vacuum compaction with simultaneous squeezing, - vacuum compaction, - air flow process at empty moulding chamber 9

6 . PODSUMOWANIE Systemy sterowania współczesnych maszyn formierskich umożliwiają zmianę parametrów ich pracy. Dobór parametrów pracy oraz konstrukcyjnych jest zagadnieniem złożonym i wymaga znajomości realizowanego procesu zagęszczania. Rezultaty badań świadczą o przydatności zagęszczania podciśnieniowego w formowaniu skrzynkowym jako metody wstępnego zagęszczania - rozszerzającej zakres możliwości obecnie stosowanych maszyn. Jest to zgodne z tendencją wielowariantowej pracy współczesnych formierek. Zastosowana technika badawcza pozwala na wyjaśnieniu mechanizmu procesu zagęszczania w powiązaniu z parametrami maszyny formierskiej. Przeprowadzone badania wskazują na możliwość optymalizacji konstrukcji stanowisk oraz dalszą poprawę uzyskiwanych efektów w metodach wykorzystujących zagęszczanie podciśnieniowe. Istotną zaletą proponowanych wariantów formowania jest spełnienie wymagań w zakresie BHP oraz poprawa wskaźników energetycznych maszyn formierskich. Opracowano w ramach realizacji pracy naukowo - badawczej LITERATURA [] Fedoryszyn A., Smyksy K.; Dańko J.,: Techniki formowania stosowane w odlewnictwie światowym. Materiały II Konf. TECHNICAL 99, Nowa Sól, s.7 [] Fleming E., Tilch W.: Formstoffe und Formverfahren. DVG, Leipzig-Stuttgart 9. [] Hespers W., Lustig M.: Systematic planning of investments in moulding plants, allowing for technical and organizational developments. Casting Plant and Technology, nr, 988, s. [] Materiały prospektowe i strony internetowe firm: DOZAMET, DISA, HAFLINGER, HEINRICH WAGNER SINTO, KÜNKEL WAGNER, SAVELLI, TECHNICAL [5] Ślazyk M., Smyksy K.: Badania wybranych metod formowania podciśnieniowego. XXIX Konferencja Naukowa z okazji Święta Odlewnika 005, Kraków 005, s.57 [6] Ślazyk Marcin: Badanie wybranych aspektów procesu formowania podciśnieniowego. Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji,Vol., nr specjalny, 00, s.7 SUMMARY THE BASIC PARAMETERS OF VACUUM ASSISTED MOULDING In the article variation of vacuum assisted moulding machines design has been presented. On the base of own research of vacuum assisted moulding results the basic parameters influenced on the process and obtained compaction effects have been discussed. In the investigation tests the high-speed-imaging method and dynamical pressure measurement have been used. Recenzent: Prof. Roman Wrona 9