ANALIZA ROZWIĄZAŃ URZĄDZEŃ FORMIERSKICH STOSOWANYCH W LINIACH WYTWARZANIA ODLEWÓW W SKRZYNKACH

Transkrypt

1 60/2 Archives of Foundry, Year 2001, Volume 1, 1 (2/2) Archiwum Odlewnictwa, Rok 2001, Rocznik 1, Nr 1 (2/2) PAN Katowice PL ISSN ANALIZA ROZWIĄZAŃ URZĄDZEŃ FORMIERSKICH STOSOWANYCH W LINIACH WYTWARZANIA ODLEWÓW W SKRZYNKACH A. FEDORYSZYN 1 Wydział Odlewnictwa AGH Kraków, ul. Reymonta 23 STRESZCZENIE Współczesne urządzenia formierskie realizują dwustopniowe zagęszczanie, syntetycznej masy z bentonitem. Są sterowane automatycznie i współpracują ze zmechanizowanymi systemami transportowymi. W referacie omówiono krajowe urządzenia formierskie. Scharakteryzowano je w oparciu o kryteria klasyfikacyjne, dotyczące rozwiązań i współdziałania podstawowych zespołów urządzeń formierskich. Analizę pracy urządzeń do formowania w skrzynkach przeprowadzono razem z oceną możliwości przeprowadzenia zmiany oprzyrządowania modelowego. Możliwość i łatwość wymiany oprzyrządowania modelowego wymagana jest od elastycznych środków wytwarzania. Key words: moulding machines, flexible production systems 1. WPROWADZENIE Współczesne rozwiązania linii wytwarzania odlewów odbiegają od klasycznego układu z sekwencyjnym rozmieszczeniem urządzeń i stanowisk, połączonych środkami transportu oraz współpracujących, z poziomo zamkniętym, przenośnikiem wózkowym. Obecnie stosuje się układy przenośników, równoległych w stosunku do przenośnika współpracującego z urządzeniem formierskim (rys.1). Tego typu pola odstawcze tworzy 1 dr hab. inż.

2 się też jako układy wielopiętrowe. Linie z układami równoległych przenośników charakteryzują się zwarta budową oraz możliwością regulowania czasu studzenia odlewów w formach. Agregaty i automaty formierskie, stanowiące podstawowe wyposażenie linii wytwarzania odlewów, realizują wyłącznie dwustopniowe zagęszczenia masy z bentonitem, polegające na wstępnym zagęszczeniu strumieniem powietrza z końcowym doprasowaniem [4,10,11]. Charakterystyczne, indywidualne dla każdego z producentów, rozwiązania dotyczą głównie charakteru, intensywności przepływu strumienia powietrza oraz czasu narastania ciśnienia w przestrzeni technologicznej. Oferowane są formierki strumieniowe, impulsowe, dmuchowe oraz podciśnieniowe [6,9,10]. Rys.1. Schemat linii wytwarzania odlewów z formierką strumieniowo-prasującą (proces Seiatsu) [3]: 1- formierka HSP-2D, 2 obracarka, 3 odcinek rdzeniowania, 4 składarka, 5 odcinek zalewania i studzenia, 6 podnośnik, 7 wypycharka i rozdzielarka, 8 krata do wybijania Fig. 1. Schematic diagram of casting line equipped with stream-pressing moulding machine (Seiatsu process) [3]: 1 moulding machine type HSP-2D, 2 rotary machine, 3 coring zone, 4 mounting zone, 5 pouring and cooling zone, 6 elevator, 7 punch and departing device, 8 shake out 2. CHARAKTERYSTYKA PRACY URZĄDZEŃ FORMIERSKICH Podstawową charakterystyką urządzeń formierskich jest ich wydajność. Wydajność ta wynika z czasu trwania cyklu wytwarzania form. Wartość tego czasu narzuca rytm pracy całej linii. Na czas wykonania 1 formy składają się czasy trwania szeregu operacji: t f tt t pom. [(ts t f ) t z tn tm ], (1) gdzie: t t - czas trwania podstawowych operacji technologicznych tj. dozowania masy, jej zagęszczenia oraz oddzielania modelu od formy: t t t t, t doz zag oddz

3 t pom - suma czasów operacji pomocniczych związanych z ustawieniem i blokowaniem skrzynki na płycie, przygotowaniem płyt modelowych i ich mocowaniem, Do czasu wykonywania obu półform dolicza się również czas trwania operacji nieproduktywnych, wynikających ze struktury i pracy zespołów urządzeń formierskich: t s, t f - ustawienia skrzynki z nadstawką na pozycji roboczej oraz wypchnięcia formy z pozycji roboczej, t z - przemieszczania zespołów w stosunku do pozycji roboczej (dotyczy to zwłaszcza urządzeń jednopozycyjnych, w których są przesuwane zespoły dozownika i płyty prasującej), t n - wymiany płyt modelowych jednego kompletu: górnej i dolnej półformy (dotyczy urządzeń wykonujących na przemian dolną i górną połówkę t m formy), - zamiany kompletu płyt modelowych, w związku ze zmianą produkowanego asortymentu. Czas wykonywania 1 półformy jest zależny również od ilości pozycji roboczych urządzenia formierskiego. W zależności od struktury urządzeń formierskich tj. ilości pozycji roboczych (jedno- i wielo-pozycyjne) wartości t z i t n różnią się. Mogą też przyjmować wartości zerowe; t z =0 w przypadku jednopozycyjnej strzelarko-prasie, a t n =0 gdy nie dokonuje się wymiany płyty modelowej np. przy stosowaniu 2 formierek (jedna wykonuje górne, a druga dolne półformy). W oparciu o dane z cyklogramów przebiegu procesu wytwarzania form w urządzeniach formierskich, w tym i produkcji krajowej, wyznaczono wartości wielkości mające ścisły związek z wydajnością urządzeń (tabl. 1). Tabela 1 Przykładowe wartości cyklu pracy współczesnych urządzeń formierskich, realizujących różne sposoby zagęszczania masy [5 9] Table 1. Exemplary data of etched of working cycles of contemporary moulding devices realising various densening methods of the sand [5 9] Sposób zagęszczenia masy Powierzchnia skrzynki A f, dm 2 Objętość półformy V pf, dm 3 Czasy cyklu /średnio/: - t c, s - t zag /t c ,25 Dmuchowoprasujący 31,2 93,6 20 0, ,25 Podciśnieniowoprasujący Impulsowoprasujący Strumieniowoprasujący ,275

4 W urządzeniach, których wartości parametrów zestawiono w tabeli 1, nośniki płyt modelowych (górnej i dolnej) umieszczone są na stole obrotowym. Operacje technologiczne realizowane są na dwóch pozycjach. Na pierwszej realizowane jest zagęszczanie masy, a na drugiej dozowanie masy i oddzielanie. Udział czasu operacji technologicznych w odniesieniu do czasu cyklu wynosi ok. t t /t c = 0,45. Z zestawienia czasu trwania realizowanych operacji wynika, że współczesne urządzenia formierskie charakteryzują się większymi możliwościami produkcyjnymi w porównaniu z formierkami wstrząsowo-prasującymi [5]. 3. CHARAKTERYSTYKA ROZWIĄZAŃ URZĄDZEŃ FORMIERSKICH Na podstawie analizy pracy różnych urządzeń formierskich wyodrębniono trzy typy (klasy) urządzeń formierskich [1,2]: I jednopozycyjne, w których realizacja zagęszczenia dwustopniowego wymaga przemieszczenia zespołów dozownika oraz płyty prasującej; w ramach tej klasy wyróżnia się 4 grupy, różniące się sposobem współpracy obu zespołów, II wielopozycyjne, w ramach których oprzyrządowanie wykonuje ruch posuwisto zwrotny; są to 3 grupy urządzeń czółenkowych, III wielopozycyjne, w których przemieszczenie płyty modelowej wraz ze skrzynką i nadstawką odbywa się przy pomocy zespołów transportu liniowego lub stołów obrotowych; w ramach tej klasy wyróżniono 3 grupy urządzeń. Wcześniejsze rozwiązania krajowych urządzeń to przede wszystkim jednopozycyjne agregaty i automaty AGF (firmy DZM Nowa Sól). Realizowały one dwustopniowe zagęszczanie masy formierskiej, poprzez wstrząsanie z doprasowaniem. Agregaty AGF, do dzisiaj eksploatowane, są przedstawicielami urządzeń grupy 2a klasy I. Urządzenia typu I.2a znamienne są tym, że na jednym wózku nośnym przemieszczany jest zespół dozownika wraz z zespołem głowicy wielotłoczkowej. Czas wykonania półformy wynosi: tc tt t pom 2t z tsf tn, (2) W agregatach AGF wprowadzana, nad stół formierki, skrzynka wypycha wykonaną już półformę: t s = t f = t sf, Formierki jednopozycyjne typu F2 [6] również zalicza się do klasy I ale 4 grupy. W urządzeniach formierskich typu I.4 zespoły płyty prasującej i dozownika są stacjonarne. Taka realizacja jest możliwa tylko przy formierkach dmuchowo- prasujących. Czas wykonania półformy, w tego typu urządzeniach, wynosi: t t t t t. (3) c t pom sf n

5 Podstawowym wyposażeniem zmechanizowanych gniazd oraz linii odlewniczych są przede wszystkim formierki FT firmy TECHNICAL [7 9]. Wykonywanie półform odbywa się na dwóch pozycjach roboczych, przy czym wymiany oprzyrządowania dokonuje się za pomocą stołu obrotowego. W stole obrotowym znajdują się nośniki płyt modelowych górnej i dolnej. Przy użyciu formierek typu FT są wykonywane, na przemian, górne i dolne półformy. Automaty formierskie, typu FT zalicza się do urządzeń 2 grupy III klasy, w których operacje przemieszczania skrzynek i półform odbywają się na tej samej pozycji roboczej oraz w tym samym czasie: t s = t f = t sf. tc tt t pom tsf tn 2 (4) Powyższy zapis dotyczy przypadku kiedy operacje wykonania półform prowadzone są równocześnie na I i II pozycji oraz w tym samym czasie. W przypadku formierek FT o takcie pracy decyduje najdłuższy czas przebywania oprzyrządowania na pozycji roboczej: tc j tmax tn (5) Do urządzeń klasy III zalicza się również agregat formierski impulsowy AFI, produkcji FMO [7]. Rozmieszczenie zespołów na dwóch pozycjach z liniowym przemieszczaniem oprzyrządowania modelowego, skrzynki i nadstawki odpowiada rozwiązaniom 3 grupy. W urządzeniach typu III.3 płyta modelowa jest przesuwana na pozycję wyjściową (pozycję I dozowania masy do skrzynki i ramki nadmiarowej) z użyciem przenośnika krążkowego. Czas cyklu AFI zapisuje się również zależnością /4/. Od urządzeń formierskich, tak jak od współczesnych środków produkcji, wymagana jest możliwość realizacji szybkiego przezbrojenia - wymiany kompletów oprzyrządowania modelowego. Profil zamówień narzuca konieczność ciągłej zmiany asortymentu produkowanych odlewów, co wiąże się z koniecznością zmian oprzyrządowania modelowego. Wymiana ta powinna odbywać się w czasie cyklu pracy. Jeżeli zamiana kompletów płyt modelowych przebiega w czasie przekraczającym czas ustalony t m, o wartość Δt m, to ma to swoje odbicie w uzyskiwanych efektach. Minimalizacja strat czasu Δt m polega na tym, aby wymianę kompletu płyt przeprowadzić w przewidzianym czasie; Δt m =0. W przypadku nie spełnienia tego postulatu, stopień wykorzystania urządzeń wynosi [1]:

6 t c m, m j t m t c n gdzie: m j - ilość płyt modelowych wykorzystywanych jednocześnie na j-tych pozycjach roboczych, n i i 1 n śr - średnia ilość form w seriach; n śr, s s - ilość serii. Wartości współczynnika η m, obliczone dla m j =2, zestawiono graficznie na rysunku 2. Wyznaczone wartości określają zmniejszenie wydajności urządzeń formierskich wytwarzających kompletne formy: jednego dwupozycyjnego urządzenia (wytwarzającego na przemian górne i dolne pół formy), czy też dwóch pracujących jednopozycyjnych (jedno wykonuje górne, a drugie dolne połówki form). śr r m W art oś ć ws pó łcz yn ni ka t m /t c = t m /t c = t m /t c = Wielkość serii n śr, szt Rys. 2. Stopień zmniejszenia zdolności produkcyjnych w zależności od czasu trwania i częstotliwości wymiany kompletu modelowego Fig. 2. Dependence of the degree of out-put decreasing on duration time and frequency of pattern exchanging. 4. PODSUMOWANIE W liniach wytwarzania odlewów stosowane są urządzenia formierskie realizujące dwustopniowe zagęszczenie. Są to, bardzo wydajne, automaty formierskie: strumieniowo-prasujące, impulsowo-prasujące, dmuchowo-prasujące oraz podciśnieniowoprasujące.

7 Różnice w możliwościach produkcyjnych wynikają z odrębności realizowanych procesów oraz ze zróżnicowanego rozwiązania zespołów: dozowania, zagęszczania oraz wymiany płyt modelowych. Dane, dotyczące krajowych formierek, wskazują na ich duże możliwości. Mogą z powodzeniem stanowić podstawowe wyposażenie gniazd i linii wytwarzania odlewów. Przystosowane są do współpracy z układami transportu i systemami przenośników automatycznej zamiany oprzyrządowania modelowego. Spełniają tym samym funkcje elastycznych systemów produkcyjnych. LITERATURA [1] Bielikov O.A.: Problemy gibkogo avtomatizirovannogo proizvodstva otlivok. Litiejnoe Proizvodstvo, nr 11, 1995, s. 18. [2] Bielikov O.A.: Sostojanie i perspektivy proizvodstva otliwok na awtomaticzeskich formowocznych liniach. Litiejnoe Proizvodstvo, nr 5, 2000, s. 44. [3] Dańko J./tłumacz./: Formierka prasujaca masę strumieniem powietrza w automatycznej linii HWS. Przegląd Odlewnictwa nr 3,1994, s. 94. [4] Fedoryszyn A., Smyksy K., Dańko J.: Techniki formowania stosowane w odlewnictwie światowym. Materiały II Konferencji TECHNICAL 99. Nowa Sól, 1999, s. 7. [5] Fedoryszyn A.: Charakterystyka wydajnościowa urządzeń formierskich gniazd i linii wytwarzania odlewów. Acta Metallurgica Slovaca, nr 3, rocznik 7. Wydawnictwo Uniwersytetu Technicznego w Koszycach (Słowacja), Košice, 2001, tom 1, s [6] Kopeć J., Krystkowiak R.: Nowa formierka do produkcji korpusów silników elektrycznych. Przegląd Odlewnictwa nr. 5, 1998, s [7] Prospekty firm: BKEngineering, FMO, HEINRICH WAGNER SINTO, KÜNKEL WAGNER, TECHNICAL. [8] Stefanowicz M., Gruber P., Rudy C.: Formierka dwustanowiskowa impulsowo prasująca FT 65. Materiały II Konferencji TECHNICAL 99. Nowa Sól, 1999, s. 31. [9] Stefanowicz M.: Formierka FT-65 produkcji TECHNICAL w Nowej Soli. Przegląd Odlewnictwa nr. 7-8, 1997, s [10] Schütt K.H.: Jahresübersicht Mechanisierung der Form- und Kernherstellung (35. Folge). Giesserei, t. 86, nr 8, 1999, s. 75. [11] Tillmanns H.: GIFA 99 Formtechnik mit tongebundenen Formstoffen, Formstoffauf-bereitung und regenerierung. Giesserei, t. 86, nr 11, 1999, s. 23.

8 Opracowano w ramach pracy nr , finansowanej przez KBN ANALYSIS OF DESIGN OF MOULDING DEVICES USED IN FLASK LINES FOR CASTING MANUFACTURING SUMMARY Modern moulding machines used in green sand moulding usually are based on twostep sand compaction. The pre-compaction is often performed by air stream flow (by means of Seiatsu process, impulse or blowing methods). The final compaction is reached mostly by squeezing. Described above devices are operating as usual in automatic mode and co-operating with fully mechanised handling equipment. In the paper the moulding devices analysis based on certain classifying criterions has been presented. Such criterions are connected with the principle of device operation and co-operation of the basic sub-assembly of the device and auxiliary equipment. The characteristic of moulding devices offered by home supplier has been given. Analysis of operating of flask moulding machines is carried out together with evaluation of possibilities of pattern exchanging system. The pattern exchanging devices is characterised for flexible production systems. Recenzował Prof. Mirosław Gregoraszczuk