Введение к работе
Актуальность проблемы: Важными задачами, стоящими' перед литейным производством, являются техническое и технологическое перевооружение, с целью снижения себестоимости продукции и повышения производительности труда. Широко распространенные современные автоматические линии, предусматривают применение синтетических смол в качестве связующих для изготовления холодно-твердеющих смесей (ХТС). Они обладают прекрасными, технологическими свойствами, однако их применение сопровождается вредными выделениями на всех технологических этапах, а стоимость на порядок превышает стоимость традиционных связующих, таких как глина, ЛСТ и УСК. Поэтому проблема снижения расхода синтетических смол является актуальной.
Расход синтетических смол напрямую зависит от качества исходных формовочных материалов, т.е. от гранулометрии и формы зерен, количества глинистой составляющей. Даже небольшие (на доли процента) колебания параметров песка в пределах одной марки, в значительной степени влияют на технологические свойства ХТС, в отличии от традиционных связующих, где, например, изменения содержания глинистой составляющей на целые проценты не приводили к заметным изменениям свойств стержней. Уловить такие изменения можно только оперативными методами.
Известно, что значительную часть брака отливок составляют ужимины, обвалы, газовые и песчаные раковины, засоры. Образование в отливках этих дефектов в значительной степени зависит не только от свойств смеси, которые в первую очередь определяются характеристиками применяемых исходных формовочных материалов.
*кр
Как известно, формовочный песок - сыпучий материал характеризующийся объемным непостоянством свойств, которые изменяются преимущественно из-за эффекта самопроизвольного расслоения, например сухой песок Басьяновского месторождения в верхних слоях яшик-ta ^^^додунд^р^МІ^Пв
нижних К]0,2Оз. Таким образом, информация, получаемая при входном контроле материалов, недостаточна для эффективного управления расходом синтетических смол и качеством отливок.
Применяемые в настоящее время методы контроля гранулометрии и формы зерна, количества глинистой составляющей, которым уже более 100 лет, вполне соответствовали требованиям индивидуального и мелкосерийного производства. Механический ситовый рассев, микроскопические исследования и отмучивание по длительным временным параметрам не составляли серьёзной проблемы для анализа формовочных материалов. Однако, в условиях массового производства, они оказываются малоэффективными, т.к. полученная с помощью их информация запаздывает и соответствует материалу, из которого как минимум уже изготовили форму.
Таким образом, отсутствие своевременной, объёмной информации о изменении параметров исходных формовочных материалов является одной из основных причин перерасхода связующих, и вспышек брака по вине формы.
Целью работы является: Разработка оперативных методов контроля гранулометрического состава и содержания глинистой составляющей формовочных материалов для совершенствования управления процессами смесе-приготовления и соответственно качеством отливок, повышения экологической безопасности в массовом и крупносерийном производстве.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Нахождение условий определения гранулометрического состава формо
вочных материалов посредством компьютерного анализа его двумерного
изображения. Создание устройств для отбора и распределения пробы ис
следуемого материала по плоской горизонтальной поверхности;
2. Создание установки для исследования оптических свойств свежих песков,
определение степени влияния составляющих на изменение интенсивности светового потока;
3. Разработка методики определения количества глинистой составляющей
оптическим методом, выявление основных характеристик влияющих на точность анализа;
4. Разработка оптического метода определения глинистой составляющей в
оборотных смесях, выявление условий предварительной обработки смеси, усредняющей оптические свойства ее составляющих.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
Впервые исследованы оптические свойства формовочных материалов, в частности формовочных песков.
Выявлены закономерности изменения светового потока в зависимости от количества и качества глинистой составляющей.
Доказаны основные факторы структуры, влияющие на рассеивание световых потоков и установлены возможности определения глинистой составляющей оптическим методом.
Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены условия термообработки оборотных смесей, усредняющей оптические свойства компонентов.
Выявлено влияние особенности расположения глинистой составляющей в оборотных смесях на их оптическую проводимость, определена корреляция между степенью рассеивания светового потока и изменением глинистой составляющей.
Установлены требования к условиям применения компьютерного анализатора изображения для гранулометрического анализа формовочных материалов.
Практическое значение диссертации: проведенные исследования оптических свойств формовочных материалов сделали возможным применение компьютерного метода контроля гранулометрического состава, минуя длительный ситовый рассев; создать оптический прибор для оперативного опре-
деления изменения количества глинистой составляющей как в свежих песках, так и оборотных смесях.
Созданные методы контроля были отмечены вторым местом на конкурсе «Очевидные темы - невероятные решения», проводимым Уральским Венчурным фондом в 2002 году. На выставке 6-го всероссийского съезда литейщиков 24 предприятия России сделали запросы на приобретение вышеописанных разработок.
С 2003 года разработки внедрены и успешно используются в ЦИИМ-35 ФГУП «ПО УралВагонЗавод».
Апробация работы и публикации: по теме диссертации опубликовано 9 статей. Материалы доложены на 5 и б съезде литейщиков России, 2002-2003 г.; XXXII научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «НТМК» г. Нижний Тагил 2001 г.; на конференции: «Проблемы металлургии, механики и машиностроения», г. Екатеринбург 2001г.; на конференции «Экологизация образования в XXI веке» г. Екатеринбург 2000г.; на международной конференции посвященной 50-летию кафедры литейного производства технического университета г. Острова, Чехия. 2002 г.; на ежегодных отчетных конференциях молодых ученых ГОУ УПУ-УПИ г. Екатеринбург 2001-2003 г.; Проведенные научные исследования получили второе место на региональном конкурсе «Очевидные темы - невероятные решения» г. Екатеринбург 2002 г. Разработанные приборы защищены двумя авторскими свидетельствами.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и приложения. Содержание работы изложено на 129 страницах машинописного текста, включая 37 рисунков и 45 таблиц, а также библиографический список из 115 наименований.
