9/41 BADANIA ZESPOLU IMPULSOWEGO FORMIERKI FT -65. Wprowadzenie

Transkrypt

1 9/41 Solidification of Metais and Alloys, Year 1999, Volume l, Book No. 41 Krzepnięcie Metali i Stopów, Rok 1999, Rocznik l, Nr4ł l'an- Katowice Pl ISSN BADANIA ZESPOLU IMPULSOWEGO FORMIERKI FT -65 Wprowadzenie IZDEBSKA-SZANDA 1., PEZARSKI F., LEŚNIEWSKI W. Instytut Odlewnictwa Kraków, ul. Zakopiańska 73 Większość pracujących w Polsce formierek to maszyny zagęszczające masę formierską na zasadzie wstrząsania i prasowania, których podstawową wadą jest zbyt duży hałas powstający w trakcie wykonywania operacji w s trząsania. Wychodząc naprzeciw potrzebom krajowych odlewni, Instytut Odlewnictwa - Kraków i Technical - Nowa Sól opracowały nowej konstrukcji formierkę dwustanowiskową impulsową z doprasowaniem FT-65 Formierka ta przeznaczona jest do wykonywania półform dolnych i górnych z mas bentonitowych w skrzynkach o wymiarach 600x500 i wysokości od!50 do 250 mm. Zagęszczanie w nowoopracowanej formierce oparte jest na ni s kociśnieniowej technologii formowania impulsowego i dogęszczeniu przez prasowanie górnych warstw półformy. Ciśnienie impulsu i prasy można regulować płynnie. Obie techniki formowania charakteryzują się niskim poziomem hałasu. Prototypowa formierka została zainstalowana na stanowisku prób mechanicznych, gdzie przeprowadzono między innymi próby i badania zespołu impulsowego. Założenia Istotą formowania impulsowego jest bezpośrednie, krótkotrwa-łe i dynamiczne działanie strumienia sprężonego powietrza na powierzchnię masy formierskiej. Dla uzyskania dobrze zagęszczonej masy formierskiej wymaga się, aby prędkość narastania ciśnienia sprężone go powietrza nad formą (w komorze rozprężnej) wynosiła : V :2:25..;. 35 MPals Im wyższa prędkość (V) tym skuteczniejsze zagęszcza ni e oraz tym ekonom iczniejszemoże być prowadzenie procesu formowania. Dla uzyskania wysokiej ekonomii prowadzenia procesu ważne jest, aby łączny czas otwarcia i zamknięcia zaworu impulsowego nie przekraczał 20 ms. te max $ 20 ms

2 69 Aparatura pomiarowa W prawidłowo działającej fonnierce podczas formowania impulsowego czasy narastania ciśnienia powietrza nad formą powinny z awierać się w przedziale ms, a przyrost ciśnienia w tym czasie powinien wynosić do 500 kpa. Aparatura pomiarowa musi zapewnić możliwość potniaru i rejestracji zmian wielkości tnierzonych z dobrą dokładnością w krótkich przedziałach czasow)'ch. Biorąc pod uwagę doświadczenia uzyskane podczas badania doświadczalnej konstrukcji Instytutu Odlewnictwa, podczas pomiarów jako rejestrator wykorzystano dwukanałowy oscyloskop z pamięcią cyfrową - Tetronix Do pomiaru czasu narastania i opadania ciśnienia powietrza w wybranych punktach forolierki ciśnienia zastosowano czujniki serii PS-F-600 o dużej szybkości działania i zakresie pomiarowym 600 kpa. Do pomiaru czasu otwarcia zaworu głównego zastosowano fotonowy czujnik przesunięcia, konstrukcji 10. Użyty oscyloskop pozwalał na równoczesną rejestrację dwóch przebiegów pomiarowych, co pozwoliło na określenie potrzebnych korelacji czasowych. Biorąc pod uwagę zasadę działania podzespołów formierki wytypowano następujące miejsca potniaru ciśnienia: komora rozprężna fortnierki, zbiornik zasiląjący, zbionlik nad membraną wymuszającą otwarcie zaworu strzałowego. W nliejscu tym możliwy byl również pomiar przebiegu otwarcia zaworu strzałowego. Wyniki pomiarów rejestrowano metodą fotograficzną. Badania parametrów zaworu impulsowego Z wykorzystaniem omówionej wyżej aparatury badano podstawowe parametry zespolu impulsowego fomlierki. Badania te obejmowały między i1mymi: -pomiary czasu otwarcia zaworu głównego w funkcji czasu otwarcia zaworu pilotującego i zmian ciśnienia nad fonną pr.cy stałym ciśnieniu sprężonego powietrza, -pomiary czasu otwarcia zaworu głównego i przebiegu znlian ciśnienia nad fomtą przy różnytn ciśtlieniu sprężonego powietrza, ale przy stałytu czasie otwarcia zaworu pilotującego, -potniary ciśnienia w zbiorniku nad membraną i w zbionliku nad fomtą przy różnych ciśnieniach w zbionliku głównym, -pomiary czasu narastania ciśttienia nad fonną oraz pomiar ciśnienia nad membraną i w komorze głównej, -sprawdzenie możliwości przyspiesze1lia zamktlięcia zaworu impulsowego (poprzez zwiększenie ilości powietrza nad membraną). Ogółem zarejestrowano ponad 200 przebiegów ponliaro\vych. Uzyskiwane wyniki pozwalały na bieżącą ocenę i regulację parametrów pracy podzespołów formierki. Podczas prowadzenia badat't zgromadzono dużą ilość wyników udokumentowanych zdjęciatni. W artykule przedstawiono dokładni~i dwa analizowane zagadnieni~t

3 70 o~as otwarcia zaworu strzałowego Zawór strzałowy uruchamiany jest przez wypuszczenie sprężonego powietrza ze zbiornika nad membraną pr;:ez zawór pilotujący. Membrana po\\>iązana jest mechanicznie z zaworem strzałowym. W celu zmniejszenia hałasu powodowanego powietrzem wydostającym się z zaworu pilotuj ącego, zastosowany został zbiornik pośredni (rozładowczy) wyposażony w tłumiki. Podczas prób przeprowadzono serię pomiarów prędkości przesuwu membrany. Wyniki pomiarów przedstawiono przykładowo na fotografiach l i 2. Obie fotografi.e wykonano dlajednakowych ustawień aparatury pomiarowej: x- 20 ms/dz, y-50 m V/dz. F ot. l. Ztniana położe nia membrany w funkcji czasu zmierzona z tłtunikami wydechu. Fig. l: Change in membrane position in function of time measured with exhaust air noise supressors Fot2. Zmiana położenia membrany w funkcji czasu zmierzona bez tłumików Vvydechu. Fig.2: Change in membrane position in function of time measured without exhaust air noise supressors

4 71 Porównując przebiegi z obu fotografii, można zauważyć zwiększenie prędkości przesuwu membrany oraz wyraźnie widoczne zmniejszenie tłumienia jej swobodnego ruchu. Uzyskane wyniki dały podstawy do zwiększenia zbiornika rozładowczego oraz wyposażenia go w znacznie większą ilość tłumików wydechu. Celowość wykonanych zmian potwierdzona została pomiarami twardośc i form. Całkowity czas otwarcia zaworu strzałowego Podczas otwarcia zaworu strzałowego w krótkim momencie czasu następuje proces wykonywania formy. Zamknięcie zaworu następuje poprzez napehuenie zbionuka nad membraną przez sprężone powietrze dostarczane przez sieć zasilającą Możliwość dostarczania konieczn~j ilości powietrza jest więc ograniczona. Większą ilość powietrza można uzyskać z akumulatora, umieszczonego przy trójdzielnym zaworze pilotującym. Poniżej przedstawiono wyniki uzyskanych pomiarów dla formierki bez akumulatora i z akumulatorem sprężonego powietrza. Fotografie 3 i 4 wykonano dla jednakowych ustawień aparatury pomiarowej: x-50 ms/dz., y-50 m V/dz. Fot.3. Zmiana położenia membrany ( dolny przebieg ), oraz zmiana ciśnienia powietrza nad formą ( górny przebieg ) w funkcji czasu dla formierki bez akumulatora powietrza. Fig. 3 : Change in membrane position (!ower run) and change in ai.r pressure over the mould (upper nm) in fimction oftime for mouldi.ng machi.ne \\>ithout ai.r accumulator Na fotografii 4 moż na zauważyć znaczne przyspieszenie ruchu powrotnego membrany oraz mniejszą stratę powietrza w zbionńku formierki. Możliwe jest dalsze przyspieszenie ruchu powrotnego membrany poprzez powiększe11ie akumulatora powietrza. W celu sprawdzenia granicznych możli\vości zastosowanego rozwiązania przeprowadzono pomiar przy zmniejszonym ciśnieniu w zbiomiku głównym formierki - co jest równoważne powiększeniu akumulatora powietrza. Pomiary wykonano dla x - 20 ms/dz, y-50 m V/dz. Uzyskane wyniki wskazują na możliwość zapewnienia bardzo krótkich czasów otwarcia zaworu strzałowego ok 40 ms. Porównanie zaś fotografii 2 i 5 wskazuje również na znaczne przyspieszenie czasu otwierania zaworu spowodowane wprowadzeniem znuan konstrukcyjnych zespołu zaworu impulsowego.

5 72 Fot.4. Zmiana położenia membrany (dolny pu.ebieg), oraz zmiana ciśnienia powietrza nad formą (górny przebieg) w fi.mkcji czasu dla formierki z akumulatorem powietrza. Fig.4: Change in membrane position (!ower run) and change in air pressure over tht! mould (upper nm) in function oftime for moulding machine vvith air accumulator., :.,. ',.?_. '. ;1 ;:. ;: :~ :~ ''Y ~ ; :tł. ~~,, r.'.:~:,, ~.~ ~,. ;;::~l<;:, ~ ĆC" ;-;~ ~ h_i~~;:~:::,. ~ił\@' ""' lli!~wihw$- Fot.5. Zmiana położenia membrany ( dolny przebieg ), oraz zmiana ciśnienia powietrza nad lorn1ą ( górny przebieg ) w funkcji czasu dla formierki z akumulatorem po wietrza przy obniżonym ciśnieniu w zbiomiku głównym. Fig. S: Change in membrane position (!ower nm) and change in air pressurc over the mould (upper mn) in function of time for mouldi.ng machine with air accmnulator operating under reduced pressure in main tank Fotografia 6 przedstawia zarejestrowany przebieg narastania ciśnienia w zbiorniku nad formą oraz spadek ciśnienia w zbiorniku zasilającym dla maksymalnej wartości ciśnienia powietrza w zbiomiku zasilającym (0,6 MPa). uzyskany po 'vprowadzeniu wszystkich zmian konstrukcyjnych.. Pomiar wykonano przy następujących ustawieniach oscyloskopu:- oś X (czas)- 20 ms/działkę, - oś Y (ciśnienie)- 50 m V/dz. Górny wykres zarejestrowano dla odwróconej skali na osi Y. Do obliczeń przyjęto, ż e

6 73 zmianie napięcia o wartość 135 my odpowiada zmiana ciśnienia 0,6 MPa. Objętość zbiornika zasilającego wynosi 0,5 m 3. Fot.6. Przebieg narastania ciśnienia w zbiorniku nad formą oraz spadek ciśnienia w zbiorniku za s ilając y m. Fig.6: Pressure increase curve in the tank over the mould and pressure drop curve in the feed tank Dane te pozwalają obliczyć następujące parametry: aproksymowany czas otwarcia zaworu - 12,8 ms, impuls formujący - 35 MPa/s., spadek ciśnienia w zbiorniku zasilającym- O, 12 MPa, zużycie powietrza na wykonanie połówki formy ok- 0,6 mn 3 Dane te świadczą o uzyskaniu założonych parametrów konstrukcyjnych formierki. Ostatecznie, czasy operacji związanych z pracą zespołu impulsowego są następujące : -impuls (czas otwarcia zaworu strzałowego) - 0,02 s -czas otwarcia zaworu pilotującego O, 15 s -czas uspokojenia po impulsie - 0,2 s Literatura: l. Biedacha R. i in. -Niektóre zagadnienia m ające istotny wpływ na poprawną pracę formierki impulsowej.-mat.i Konfer.:Tendencje rozwojowe w mechanizacji procesów odlewniczych, Wydz. Odlewnictwa AGH, PAN, STOP, Kraków 1994, s.57 2 Domżal R. i in.-wybrane badania impulsowego zagęszczania mas formierskich - Mat. Konfer. "Krzepnięcie metali i stopów", PAN-Oddział Katowic(:, nr 33, 1997, s Pezarski F. i. in.- Formierka dwustanowiskowa impu l sowo-prasująca FT-65- Mat.Konfer. "Nowoczesne techniki formowania", Technical'99; Nowa Sól 1999, s Smyksy K. -Wybrane aspekty formowania impulsowego--mat.konfer. "Nowoczesne techniki formowania", Technical'99; Nowa Sól1999, s. 19. Recenzował: Andrzej Białobrzeski