Проект реконструкции отделения литья под давлением литейного участка внутризаводского предприятия «Металлург» ОАО «Туламашзавод» с выпуском 1800 тонн отлив

ПРОЕКТ РЕКОНСТРУКЦИИ отделения литья под давлением литейного УЧАСТКА ВНУТРИЗАВОДСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ «МЕТАЛЛУРГ» ОАО АК «Туламашзавод» С выпуском 1800 ТОНН ОТЛИВОК В ГОД

1. Общая часть

1.1 Производственная программа

1.2 Режим работы отделения

1.3 Фонд времени.

2. Технологическая часть

2.1 Характеристика детали «Крышка»

2.2 Задание и его анализ

2.3 Технические условия на отливку

2.4 Разработка чертежа отливки

2.5 Выбор машины для литья под давлением

2.6 Расчет литниковой системы

2.7 Технологический процесс изготовления отливки детали «Крышка» на машине литья под давлением с горизонтальной холодной камерой прессования

3. Конструкторская часть

3.1 Описание пресс-формы

3.2 Проектирование пресс-формы

4. Производственные участки отделения

4.1 Плавильный участок

4.2 Литейный участок

4.2.1 Расчет количества машин для литья под давлением

4.2.2 Расчет парка пресс-форм

4.3 Обрубно — очистной участок

5. Вспомогательные участки отделения

5.1 Кладовые

5.2 Склады

6.Специальная часть

6.1 Обоснование необходимости установки автоматизированного комплекса в отделении ЛПД

6.2 Выбор манипулятора для смазывания пресс-формы

6.3 Выбор манипулятора для заливки металла

6.3.1 Механические дозаторы

6.3.2 Вакуумные дозаторы

6.3.3 Пневматические дозаторы

6.3.4 Электромагнитные заливочные устройства

6.3.5 Выбор манипулятора-заливщика

6.4 Выбор манипулятора для съема отливок

6.5 Выбор обрубного пресса

6.6 Выбор установки для охлаждения отливок

7. Энергетика отделения

7.1 Расчет расхода электроэнергии

7.2 Расчет расхода сжатого воздуха

7.3 Расчет расхода воды

8. Строительная часть

9. Охрана труда

9.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов в отделении литья под давлением цеха ОАО АК «Туламашзавод»

9.2 Расчет общеобменной вентиляции

9.3 Расчет системы местной вентиляции

9.4 Пожарная безопасность

10. Экономическая часть

10.1 Расчет количества основных и вспомогательных рабочих

10.2 Расчет фонда заработной платы

10.3 Расчет себестоимости по статьям калькуляции

10.4 Расчет годового экономического эффекта

10.5 Технико — экономические показатели Библиографический список

Технический прогресс в металлообрабатывающей промышленности связан с усовершенствованием процесса литья заготовок, из которых, как правило, изготовляются наиболее сложные детали машин, механизмов и приборов.

Это усовершенствование должно преследовать двоякую цель: получение литой заготовки, приближающейся к готовой детали, и повышение качества литья и механических свойств литого материала.

В литейном производстве литые заготовки (отливки) или детали изготавливаются заливкой расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию отливки. Преимущество литых деталей в том, что их можно изготавливать максимально приближающимися к заданной форме и размерам и практически любой конфигурации.

В настоящее время отливки получают путем заливки металла в различные формы: из песчано-глинистых смесей (ПГС), жидкоподвижных самотвердеющих смесей (ЖСС), холоднотвердеющих смесей (ХТС). Отливки могут получать также специальными способами литья: литье в металлическую форму — кокиль, литье под давлением (ЛПД), центробежное литье, литье в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям и т. д. Данные способы литья являются прогрессивными, так как позволяют свести механическую обработку к минимуму, а в некоторых случаях полностью ее устранить.

Литье под давлением является одним из самых прогрессивных методов получения отливок из цветных сплавов. Сущность процесса литья под давлением состоит в том, что в стальную пресс-форму под большим давлением и с большой скоростью вводится расплавленный металл. При этом происходит мгновенное заполнение всей полости формы любой сложной конфигурации. Этот метод обеспечивает получение тонкостенных отливок с чистой поверхностью и точными размерами. Изготовленные этим способом отливки настолько приближаются по своей конфигурации, чистоте и точности к готовой детали, что в большинстве случаев отпадает необходимость в механической обработке или последняя сводится к доводке размеров на отдельных участках.

Кроме своего основного преимущества, заключающегося в возможности получения сложнейших отливок с рельефными контурами с толщиной стенок от 0,8 мм и выше, литье под давлением имеет ряд ценных преимуществ по сравнению с другими способами литья:

— высокая точность размеров отливки (5 класс точности);

— высокий класс чистоты поверхности отливок (6 класс чистоты);

— минимальный объем механической обработки отливок;

— минимальный расход металла;

— высокая прочность.

По сравнению с другими способами литье под давлением позволяет полностью механизировать и автоматизировать технологический процесс получения отливок и имеет самый короткий производственный цикл.

Недостатками процесса литья под давлением, ограничивающими в отдельных случаях область его применения, являются:

1. Возможность образования в отливках газовой пористости из-за трудности удаления воздуха из полости формы в весьма короткое время заполнения (0,2−0,1 сек.).

2. При большой скорости впуска металла образуются завихрения, способствующие захвату воздуха, а струя жидкого металла, поступающая в форму с большой скоростью, вызывает износ формы (эрозионное действие).

3. Одновременно с увеличением прочности металла немного уменьшаются его пластические свойства (например, относительное удлинение), что не дает возможности применить процесс для деталей, работающих при значительных динамических нагрузках и вибрациях.

Указанные недостатки, происходящие в большинстве случаев в результате неправильного конструирования деталей или применения неправильной технологии, в практических условиях не служат причиной отказа от литья под давлением.

Литье под давлением широко применяется в автомобилестроении, приборостроении, авиационной промышленности, в радиотехнике и электропромышленности, а также и в других отраслях машиностроения. Этому способствует создание все более мощных машин литья под давлением, позволяющих расширить ассортимент отливок, увеличить их габаритные размеры и процесса литья под давлением представлена сложность, а также повысить качество отливок. Схема технологического процесса на рисунке 1.

1. Общая часть 1.1. Производственная программа

Основой для проектирования является производственная программа. Ее составляют в соответствии с заданием на дипломное проектирование.

Деталь — представитель данной программы — «Крышка», которая изготавливается из алюминиевого сплава АК12 ГОСТ 1583–93.

Расчет производственной программы отделения литья под давлением литейного участка внутризаводского предприятия «Металлург» ОАО АК «Туламашзавод» сводим в форму таблицы 1.1.1.

1.2 Режим работы отделения

При проектировании принимаем двухсменный параллельный режим работы отделения. Третья смена служит для профилактического осмотра и ремонта оборудования, подготовки рабочих мест и т. д. Исключение составляют лишь рабочие, обслуживающие электропечи большой емкости. У них режим работы трехсменный.

Производство — массовое. В качестве сплава для производства отливок применяют алюминиевый сплав АК12 ГОСТ 1583–93, который получают в индукционных тигельных печах. Выпускаемые отливки относятся к I весовой группе, так как их масса до 1,5 кг.

1.3 Фонд времени.

Действительный фонд времени работы оборудования зависит от сменности работы и определяется путем сокращения действительного фонда времени рабочего, обслуживающего данное оборудование, на величину потерь. При двухсменной работе величина потерь в среднем составляет 4,5%. Тогда действительный фонд времени оборудования составит:

Таблица 1

Расчет производственной программы

Ф_д = 0,955 Ф_{д рабочего}n, (1.3.)

где Ф_д — действительный годовой фонд времени оборудования, час;

Ф_{д рабочего} — действительный фонд времени рабочего, час;

По официальным данным за 2009 г. Ф_{д рабочегос}= 1906 ч;

n — число смен работы оборудования в сутки.

Ф_д = 0,95 519 062 =3640 ч.

Расчет действительного фонда времени работы оборудования сводится в таблицу 1.3.1.

Таблица 1.3.1

Действительный фонд времени работы оборудования

Потери времени: (19 064,5)/100 = 85,8 час/год.

Ф_д = (1906;85,8)2 =3640 ч.

2. Технологическая часть

2.1 Характеристика детали «Крышка»

Деталь — представитель программы — «Крышка». Данная деталь «Крышка» (рисунок 2.1.1.) крепится к детали «Корпус», которые в сборе являются составной частью мотоблока «Тарпан». Внутри крышки располагают червячную пару, которая работает в масляной среде, поэтому она должна выдерживать значительные статические и динамические нагрузки и быть герметичной.

Рисунок 2.1.1. Чертеж детали «Крышка»

При длительной эксплуатации данной детали происходит износ поверхностей 52 и 40.

Исходя из прочностных характеристик детали и условий ее работы, в качестве материала для детали «Крышка» можно использовать алюминиевый сплав, т.к. он обладает высокой прочностью, хорошими литейными свойствами и коррозионной стойкостью. Наиболее близко этим требованиям отвечает сплав АК12 ГОСТ 1583–93, который к тому же не обладает склонностью к образованию горячих трещин.

Для обеспечения годового выпуска отливок 1800 тонн используем прогрессивный метод литья — литье под давлением. Данный метод позволяет обеспечить необходимые прочностные характеристики детали, высокий КИМ и достаточно высокий процент выхода годного литья.

Механические свойства алюминиевого сплава АК12 ГОСТ 1583–93 приведены в таблице 2.1.1, технологические — в таблице 2.1.2, химический состав — в таблице 2.1.3 .

Таблица 2.1.1

Механические свойства алюминиевого сплава АК12 (ГОСТ 1583−93)

Таблица 2.1.2

Технологические свойства алюминиевого сплава АК12 (ГОСТ 1583−93)

Таблица 2.1.3

Химический состав алюминиевого сплава АК12 (ГОСТ 1583−93)

На рисунке 2.1.2. представлена диаграмма состояния сплавов системы Al — Si.

Рисунок 2.1.2. Диаграмма состояния сплавов системы Al — Si.

Как видно из диаграммы состояния, сплав АК12 ГОСТ 1583–93 по составу может быть доэвтектическим, эвтектическим и заэвтектическим со структурой +эвтектика, эвтектика и +эвтектика соответственно.

Температура заливки сплава определяется по следующей зависимости:

К

К Температура формы определяется:

К Температура кристаллизации определяется:

К

2.2 Задание и его анализ

Отливка детали «Крышка» является достаточно сложной по конфигурации и поэтому является технологичной для получения ее литьем под давлением.

Конструкция данной детали обеспечивает одну простую плоскость разъема пресс-формы. Полость пресс-формы будет легко заполняться алюминиевым сплавом АК12, который имеет хорошую жидкотекучесть. Удаление отливки из пресс-формы беспрепятственно. Конструкция отливки жесткая, что исключает ее коробление.

Сквозные отверстия, имеющиеся в отливке, можно получить литьем с помощью стержней, а полость — с помощью знака.

Отливка детали «Крышка» подвергается механической обработке, а также отделяются литниковая система и облой.

Пресс-форма для получения отливки данной детали является одногнездной.

2.3 Технические условия на отливку

Отливка детали «Крышка» должна соответствовать следующим техническим требованиям [1]:

1) класс точности размеров отливки 4−7 по ГОСТ 26 645– — 85;

2) ряд припусков-1;

3) размеры отливки должны соответствовать чертежу;

4) смещение внутренних поверхностей отливки относительно наружных не более 0,5 мм.

2.4 Разработка чертежа отливки

Основные преимущества литья под давлением (высокая производительность, точность размеров отливки и высокое качество поверхности) в полной мере могут быть реализованы в производстве только в том случае, если в процессе разработки чертежа отливки будут учтены все особенности технологического процесса.

Отливка детали «Крышка» относится ко II группе сложности (сложная). Так как данная деталь должна обладать конструкционной прочностью, жесткостью и герметичностью, она изготавливается литьем под давлением из алюминиевого cплава АК12 ГОСТ 1583- 93. В соответствии с этим выбираем класс точности отливки и назначаем припуски на механическую обработку [1]: класс точности-7; основные припуски на механическую обработку — для 1 ряда (рисунок 2.4.1).

Масса получаемой отливки — 0,88 кг.

Выход годного литья:

(2.4.1.)

Коэффициент использования металла:

(2.2.)

Рисунок 2.4.1. Чертеж отливки детали «Крышка»

2.5 Выбор машины для литья под давлением

Наибольшее распространение в цехах крупносерийного и массового производства получили машины с холодной горизонтальной камерой прессования. На этих машинах возможно получение отливок из различных сплавов, их отличает короткий путь металла из камеры прессования в полость пресс-формы, сравнительно простое автоматическое регулирование режимов прессования и высокая эксплуатационная надежность.

Для производства отливок детали «Крышка» выбираем машину литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования по паспортным данным, а именно: усилию запирания, давлению прессования, емкости камеры прессования, производительности.

Давление прессования выбираем в соответствии с практическими рекомендациями в зависимости от сплава, толщины стенки отливки и сложности ее конфигурации. Для отливки детали «Крышка» из алюминиевого сплава АК12 давление прессования Р_пр.=60МН/м².

Усилие запирания, которое должен развивать механизм машины для предотвращения раскрытия пресс-формы при запрессовке, может быть определено по сложным зависимостям, учитывающим гидравлический удар в гидросистеме машины и камере прессования. А. К. Белопухов предложил одну из таких зависимостей, которая имеет следующий вид [13]:

где С_ж — скорость звука в рабочей жидкости, м/с; С_ж= 1000 м/с;

С_р — скорость звука в расплаве, м/с; С_р= 2000 м/с;

_ж — плотность рабочей жидкости, кг/м³; _ж= 878 кг/м³;

g — ускорение свободного падения, м/с²; g = 9,81 м/с² ;

— плотность расплава, кг/м³; = 2460 кг/м³;

L — длина отливки до входного сечения питателя, м; L = 0,217 м;

F_пр — площадь проекции отливки на плоскость разъема пресс-формы, м²;

F_пр= 0,0088 м²;

F_пр — сумма площадей проекции отливки и литниковой системы на плоскость разъема пресс-формы, м²; F_пр= 0,0151 м²;

t — время перекрытия потока расплава, с; t = 0,001 с;

V_пр — скорость прессования, м/с;

где D_пр — диаметр прессующего поршня, м; D_пр = 0,06 м;

V — скорость впуска расплава, м/с; V = 20 м/с;

м/с По нормальному ряду усилий округляем полученное значение запирающего усилия до Рз = 1,6 МН/м².

Усилие прессования определим по следующей формуле:

МН/м²

где р — давление прессования, МН/м²;

S — площадь прессующего поршня, м²;

м²;

МН/м²

В соответствии с рассчитанными параметрами выбираем машину литья под давлением 711А07.

Установим пригодность данной машины по следующей зависимости:

где Р_з — усилие запирания по справочнику, МН; Р_з=1,6 МН;

Р_{под.пол} — усилие запирания подвижной половины пресс-формы, МН;

Р_{под.пол}=F_прР = 0,0151 60 = 0,906 МН Так как к=1,8>1,4,то выбранную машину литья под давлением 711А07 можно использовать.

Технические характеристики МЛД 711А07:

Усилие запирания пресс-формы, кН…1600

Масса заливаемой порции алюминиевого сплава, кг…2,1

Расстояние между колоннами по горизонтали и вертикали, мм…450

Толщина пресс-формы, мм наибольшая…500

наименьшая…220

Ход подвижной плиты формодержателя, мм…380

Усилие прессования наибольшее, кН…200

Смещение второй позиции вниз по оси машины, мм…100

Наибольшая скорость холостого хода пресс-плунжера вперед, м/с…5

Расстояние выхода пресс-плунжера за плоскость плиты, мм…110

Число холостых циклов при непрерывной работе, цикл/час…250

Время одного холостого цикла, с, не более…5

Диаметр наполнительных стаканов, мм:

наибольший…80

наименьший…36

Усилие выталкивания отливки, кН…112

Давление прессования, МН/м²:

наибольшее…197

наименьшее…40

Наибольший ход гидровыталкивателя, мм…80

Установленная мощность, кВт…18,5

Габаритные размеры, мм:

длина…5490

ширина…1470

высота…1900

Масса, кг…8340

2.6 Расчет литниковой системы

При выборе типа литниковой системы будем руководствоваться тем, что она должна обеспечивать условия для последовательного заполнения и вентиляции формы, быть технологичной в изготовлении и удобной при эксплуатации формы.

Для изготовления отливки детали «Крышка» применяем внешнюю литниковую систему. Этот тип системы увеличивает размеры пресс-формы по сравнению с внутренней, но она удобна при отделении питателей и последующей зачистки отливок.

Расчет ЛПС ведется с определения площади поперечного сечения питателей [2]:

м

где G — масса отливки с промывниками, кг; _ж— плотность сплава жидкого АК12, кг/ м³; Vскорость впуска металла, м/с; t — время заполнения формы, с;

G=0,88+0,17=1,05 кг

_20С=2650 кг/м³;

_ж=0,92 650=2460 кг/м³.

1. Скорость впуска металла определяем по формуле:

м/с где Voнормальная скорость заполнения, м/с; Vo = 15 м/с;

к1- коэффициент, учитывающий сложность отливки; к1 = 1,0;

к2- коэффициент, учитывающий влияние давления на сплав в камере прессования; к2 = 1,5.

м/с.

2. Продолжительность заполнения формы определяем по формуле:

с где к3- коэффициент, зависящий от природы сплава; к3 = 0,9;

к4- коэффициент, зависящий от средней толщины стенки отливки; к4 = 1,15;

t_о — нормальная продолжительность заполнения, с; t_o = 0,08 с.

с м² = 216 мм²

Выбираем питатель следующего сечения:

В:D=24:9 мм

L:H=18:10 мм Длина питателя L₁=60 мм.

При литье под давлением воздух и газы удаляются через специальные вентиляционные каналы. Вентиляционные каналы выполняются в плоскости разъема на подвижной половине пресс-формы. Для литья алюминиевых сплавов каналы делают глубиной 0,05−0,15 мм и шириной 10−30мм. Для улучшения вентиляции каналы на расстоянии 20−30 мм от полости формы углубляют до 0,5 мм.

В местах встречи потоков сплава, а также напротив полостей формы, заполняемых в последнюю очередь, предусматриваются специальные резервуары — промывники. Объем промывника составляет 20% от объема вентилируемой полости. Располагаются они на расстоянии 20 мм от вентилируемой полости и соединяются каналом глубиной 0,8 мм.

Площадь поперечного сечения вентилируемого канала, через который удаляется воздух из отливки детали «Крышка», находится по формуле [13]:

м²

где g — ускорение свободного падения, м/с²; g = 9,81 м/с²;

_г — плотность воздуха при проходе через вентиляционный канал, кг/м³;

_г =0,04 кг/м³;

V_отл. — объем отливки, м³; V_отл.= 3610^-5 м³;

Т_г — температура воздуха при прохождении через вентиляционный канал, С;

Т_г = 600С;

Р_г — давление воздуха, МН/м²; Р_г = 0,132 МН/м²;

t_o — нормальная продолжительность заполнения, с; t_o = 0,06 с;

— отношение давления вне формы к давлению газов в форме;

= Р₁/Р_г; Р₁ = 0,1 МН/м², Р_г = 0,132 МН/м².

м².

Ширина канала

м где _в — глубина канала;

_в = 0,15 м.

м = 30 мм

2.7 Технологический процесс изготовления отливки детали «Крышка» на машине литья под давлением с горизонтальной холодной камерой прессования

Отливка детали «Крышка» изготавливается на автоматизированном комплексе на основе машины литья под давлением 711А07.

Технологический процесс изготовления отливки следующий:

подготовка шихтовых материалов;

приготовление сплава в печи ИАТ — 1,0;

рафинирование сплава инертными газами (смесь аргона с азотом);

транспортирование металла мостовым краном и слив его в раздаточную печь САТ-0,15В;

прогрев пресс-формы до 180−220С;

смазка полости пресс-формы и камеры прессования (смазочные материалымасло цилиндровое 52 ГОСТ 6411–76 — 95%, графит ГЛ ГОСТ 5279–74 — 5% .);

обдувка пресс-формы сжатым воздухом;

включение механизма запирания формы;

заливка порции сплава АК12 в камеру прессования с помощью манипулятора-заливщика;

запрессовка металла;

выдержка на кристаллизацию сплава;

раскрытие пресс-формы;

извлечение отливки съемником специальной конструкции, контроль;

отделение литниковой системы и промывников в обрубном гидравлическом прессе;

зачистка отливки;

правка отливки;

окончательный контроль.

перенос отливки к прессу и укладка в ориентированном положении в штамп для удаления литника и облоя;

удаление отливки из штампа в тару;

обдув и смазка пресс-формы перед каждой заливкой или через определенное заданное число циклов;

смазывание пресс-камеры и пресс-поршня;

определение полноты извлечения отливки;

контроль и подрегулирование основных технологических параметров;

поддержание заданного температурного режима пресс-формы;

разогрев пресс-формы в начале работы;

операции по обеспечению безопасности рабочих;

управление всеми механизмами, обеспечивающими выполнение перечисленных операций.

3. Конструкторская часть

3.1 Описание пресс-формы

Пресс-форма для литья под давлением имеет несколько формующих полостей, очертания которых являются отпечатком отливки. Размеры оформляющей полости пресс-формы отличаются от размеров отливки на величину усадки заливаемого сплава (Е_л=1% для сплава АК12). Собранная пресс-форма представляет собой прямоугольный параллелепипед и состоит из неподвижной и подвижной частей, в которых смонтированы все остальные детали.

Пресс-форма для литья под давлением должна отвечать следующим требованиям:

Быть достаточно прочной в работе под высоким давлением, при этом форма не должна быть излишне громоздкой и тяжелой.

Обеспечивать высокую производительность, быть удобной в эксплуатации, несложной в изготовлении и ремонте.

Все рабочие операции, связанные с получением отливок, должны быть по возможности механизированы с учетом технологических особенностей литья.

В конструкции формы должны быть учтены возможности внесения изменений.

Основные детали пресс-формы в зависимости от их назначения подразделяются на три группы: формообразующие, конструктивные и входящие в механизмы пресс-формы. Кроме основных деталей пресс-форма имеет ряд вспомогательных крепежных деталей, конструкция и размеры которых определяются стандартами.

Наиболее ответственными являются формообразующие детали, так как они непосредственно соприкасаются с жидким металлом и в той или иной степени участвуют в оформлении поверхностей отливок и наиболее сильно подвергаются термическому воздействию и механическим нагрузкам. К ним относятся вкладыши матрицы и пуансона, стержни, выталкиватели, литниковая втулка. Эти детали изготавливают из жаростойких сталей, обладающих высокими механическими свойствами. Для повышения износостойкости и уменьшения химического воздействия с заливаемым сплавом формообразующие детали подвергают термообработке, а их рабочие поверхности — цианированию, азотированию, фосфатированию и другим методам упрочнения.

3.2 Проектирование пресс-формы

При проектировании пресс-формы одной из главных задач является определение плоскости разъема формы. В данном случае будем руководствоваться следующим:

Направление плоскости разъема определяем одновременно с решением вопроса о литниковой системе.

Плоскость разъема формы должна обеспечивать беспрепятственное удаление отливки из той половины формы, в которой она остается при раскрытии пресс-формы.

Плоскость разъема должна быть по возможности ровной и перпендикулярной направлению потока металла, выпускаемого из камеры прессования.

Таким образом, руководствуясь ранее приведенными условиями, мы определяем разъем и конструкцию пресс-формы (рисунок 3.2.1.).

Рисунок 3.2.1. Пресс-форма в сборе:

1 — брусок; 2 — плита крепления подвижной половины пресс-формы; 3,4 — плиты толкателей; 5 — планка; 6,8 — толкатели; 7 — стержень; 9 — контртолкатель; 10 — водоохлаждаемая трубка; 11 — щит; 12 — плита крепления неподвижной половины пресс-формы; 13 — плита подкладная пуансона; 14 — вкладыш пуансона; 15 — знак; 16 — вкладыш матрицы; 17 — втулка литниковая; 18 — пуансон; 19 — матрица; 22 — винт; 23 — рым-болт; 24, 25, 26 — штифты; 27 — упор.

Отливку детали «Крышка «получают путем запрессовки алюминиевого сплава АК12 в полость пресс-формы. Отливка располагается в неподвижной части формы, а в подвижной части монтируются устройства для выталкивания отливки из пресс-формы.

Рабочие части матрицы и пуансона, соприкасающиеся с жидким металлом, изготавливают в виде сменных вкладышей — вкладыш матрицы 16 и вкладыш пуансона 14. Вкладыши формируют полость получаемой отливки. Пять отверстий в отливке выполняются с помощью стержней 7, которые закрепляются в плите крепления 2 с помощью планки 5, впадина выполняется знаком 15, который фиксируется в пуансоне 18 с помощью штифта 24 и подкладной плиты 13. Литниковый канал выполняют в литниковой втулке 17, примыкающей к камере прессования. Вкладыш матрицы 16 и литниковую втулку 17 закрепляют в матрице 19 с помощью плиты крепления 12. Матрица и подкладная плита фиксируются друг с другом с помощью штифтов 26. К матрице винтами 22 крепят щит 11, предохраняющий от разбрызгивания металла при работе.

Рабочая часть пуансона выполняется вкладышем 14, смонтированным в пуансоне 18. Вкладыш и пуансон закрепляется подкладной плитой 13. Во вкладыше 14 сделаны каналы и вставлена трубка 9 для охлаждения пресс-формы. Плиты пуансона и подкладную плиту соединяют штифтами 25 с постаментом, состоящим из брусьев 1 и плиты крепления 2. Во вкладыше 14 и пуансоне 18 выполняют каналы для выхода воздуха и газов из полости пресс-формы при заполнении ее металлом.

После раскрытия пресс-формы отливка из подвижной части формы удаляется толкателями 6 и 8. Толкатели закрепляют в плитах толкателей 3 и 4. При раскрытии пресс-формы после остывания отливки плиты останавливаются специальными упорами 27, а плита пуансона и отливка продолжают двигаться вместе с подвижной плитой; толкатели, оставаясь на месте, упираются в отливку и удаляют ее из пресс-формы. Выталкиватели устанавливают в положение, которое они должны занимать в закрытой пресс-форме, с помощью контртолкателей 9. Для удобства съема и транспортирования пресс-формы в верхней части подвижной и неподвижной половинах предусмотрены рым-болты 23.

На рисунках 3.2.2. и 3.2.3. представлены чертеж неподвижной половины пресс-формы и подвижной половины пресс-формы.

Рисунок 3.2.2. Неподвижная половина пресс-формы:

1 — плита крепления неподвижной половины пресс-формы; 2 — щит;

3 — вкладыш матрицы; 4 — рым-болт; 5 — литниковая втулка; 6 — плита.

Рисунок 3.2.3. Подвижная половина пресс-формы:

1 — плита крепления подвижной половины пресс-формы; 2 — плита; 3 — вкладыш пуансона; 4 — знак; 5 — рым-болт; 6 — стержень; 7 — толкатель; 8 — толкатель.

Для изготовления матрицы, вкладышей, стержней, знака, литниковой втулки в качестве материала используют легированную жаропрочную сталь 4Х5МФ1С. Все вспомогательные детали формы — плиты, детали механизмов, толкатели и др. изготавливаются из стали 50 и У8А.

4. Производственные участки отделения

4.1 Плавильный участок

На основании итоговых данных таблицы 1.1 (граф 11 и 12), данных по браку и задаваясь возвратными потерями (сплески и слив), составляем ведомость потребности в жидком металле (таблица 4.1.1).

Таблица 4.1.1

Ведомость потребности в жидком металле на годовую программу, кг.

Брак: (2848,83)/100 = 85,5 кг.

Сплески: (2848,8+85,5) /100 = 29,3 кг.

Итого жидкого металла: 2848,8+85,5+29,3 = 2963,9 кг.

Для плавки алюминиевого сплава АК12 выбираем индукционную тигельную печь ИАТ-1,0, техническая характеристика которой представлена в таблице 4.1.2.

Таблица 4.1.2

Техническая характеристика индукционной тигельной печи ИАТ-1,0

Количество непрерывно работающих печей рассчитываем по формуле:

(4.1.)

где Q_д — годовая потребность в жидком металле, т;

— коэффициент неравномерности потребления жидкого металла;

= 1,1−1,2;

F_д — действительный годовой фонд времени работы оборудования, час;

q — производительность печи ИАТ-1,0;

q =0,56 т/час.

Принимаем количество непрерывно работающих печей, равное N_пр = 2. Тогда коэффициент загрузки каждой печи будет:

(4.2.)

где N_р — расчетное количество печей, шт.;

N_пр — принятое количество печей, шт.;

к_з — коэффициент загрузки.

Расчет количества плавильных агрегатов сводим в таблицу 4.1.3.

Таблица 4.1.3

Количество плавильных печей.

Годовой баланс металла рассчитываем по марке сплава по следующей формуле:

Q_шихты = Q_{годного}+Q_брака+Q _{л. с.}+Q_{возвр. потерь}+Q _{невозр. потерь},

но Q_{годного} + Q _брака + Q _{л. с.} + Q _{возвр. потерь} = Q_{жидкого металла},

тогда Q_шихты = Q _{жидкого металла} + Q _{невозр. потерь} (4.3.)

Принимаем по заводским данным количество угара и невозвратных потерь

Q _{невозр. потерь} для алюминиевого сплава 5−7% от Q _{жидкого металла}.

Q_шихты = 2963,6 + 2963,60,07 = 3171 т Расчет баланса металла сводим в таблицу 4.1.4.

Таблица 4.1.4

Ведомость баланса металла

Расчет шихты для сплава АК12 сводим в таблицу 4.1.5.

Таблица 4.1.5

Расчет шихты

Расход присадок, раскислителей и флюсов сводим в таблицу 4.1.6.

Таблица 4.1.6

Расход присадок, раскислителей и флюсов

Потребное количество ковшей определяем по формуле:

(4.4.)

где Т — длительность цикла одного оборота ковша, мин.;

по заводским данным Т = 10−20 мин.;

q — производительность печи, т/час ;

для ИАТ-1,0 q = 0,56 т/час.

Расчетное количество ковшей, необходимое для плавильного отделения, необходимо увеличить на 50% (25% - ремонт и сушка и 25% - запас готовых ковшей).

Для удобства обслуживания и эксплуатации потребное количество ковшей принимаем равным N_пр. = 2 (N_пр — принятое количество ковшей).

Коэффициент занятости ковшей определим по формуле:

(4.5.)

На участке ремонта ковшей предусматривается установка для смешивания огнеупорной массы, используемой для обмазки ковшей, а также газовые горелки для подогрева ковшей перед разливкой.

В качестве раздаточной печи будем использовать стационарную раздаточную печь САТ — 0,15 В. Технические характеристики печи приведены в таблице 4.1.7.

Таблица 4.1.7

Техническая характеристика печи САТ — 0,15В

Бракованные отливки, литники, облой и т. п. транспортируются по отделению мостовым краном грузоподъемностью 5 т в специальной таре-контейнере.

Жидкий металл от плавильных печей к раздаточным печам транспортируется с помощью ковша мостовым краном грузоподъемностью 5 т.

К местам отделки и складирования отливки транспортируются в специальной таре также мостовым краном.

4.2 Литейный участок

4.2.1 Расчет количества машин для литья под давлением Необходимое количество машин ЛПД, которые смогут обеспечить выполнение производственной программы, рассчитаем по формуле:

где Q_з— суммарное число запрессовок по всем наименованиям отливок данного типоразмера, запр.;

С учетом брака (4%) для отливки «Крышка» на машине 711А07:

Q_з = 1 300 000,04+130 000 = 135 200 запр. ;

Для других отливок, которые изготавливаются на машинах ЛПД фирмы Vihorlat Shina (бывшая Чехословакия) CLOO-250/25:

Q_з = 9 695 000,04+969 500 = 1 008 280 запр. ;

Ф_д. — действительный годовой фонд времени работы машин ЛПД, час;

к — коэффициент потерь;

к = 0,9 — 0,85;

q_м — производительность машины ЛПД, запр./час.

Паспортная производительность машин ЛПД q_м пасп=100 запр./час, при расчете принимаем на 40% меньше, т. е. q_м =60 запр./час.

Принимаем N_пр711А07 =1

Принимаем количество машин СLOO-250/25, равное N_{прСLOO-250/25}= 6.

Коэффициент загрузки машин ЛПД определим по формуле:

где К_з — коэффициент загрузки;

N_пр — принятое количество машин, шт.;

N_р — расчетное количество машин, шт.

Расчет количества требуемых машин сводим в таблицу 4.2.1.1.

Таблица 4.2.1.1.

Сводная ведомость расчета машин ЛПД

Техническая характеристика машины ЛПД CLOO — 250/25 представлена в таблице 4.2.1.2.

Таблица 4.2.1.2

Техническая характеристика машины ЛПД CLOO — 250/25.

4.2.2 Расчет парка пресс-форм Для каждого наименования отливок рассчитаем требуемый парк пресс-форм. На годовой выпуск отливок парк пресс-форм определяем по формуле:

(4.8.)

где Q_з — количество запрессовок для изготовления отливок одного наименования, запр.;

С_. — средняя стойкость пресс-форм, запр.;

Для алюминиевых сплавов С=50 000.

Расчет парка пресс-форм сводим в таблицу 4.2.2.1.

Таблица 4.2.2.1

Ведомость расчета парка пресс-форм.

4.3 Обрубно — очистной участок

Обрубно — очистной участок ЛПД включает в свою структуру следующие технологические участки:

Отделение литниково — питающей системы.

Очистка, обрубка и зачистка отливок.

Контроль отливок.

На ОАО АК «Туламашзавод» участок обрубки не делится по структурным составляющим, а отделение литниково — питающей системы и зачистка отливок производятся на одной площади. На участке ЛПД алюминиевых сплавов термическая обработка и окраска отливок не производятся. Контроль отливок производится при транспортировании отливок на склад.

Технологическая ведомость обрубно — очистных работ приведена в таблице 4.3.1.

Таблица 4.3.1

Технологическая ведомость обрубно-очистных работ

Расчет количества обрубного — очистного оборудования производим по формуле:

(4.9.)

где Q — годовой выпуск литья с учетом 4% брака, т;

Ф_д. — действительный годовой фонд времени работы оборудования, час;

q — производительность данного типа оборудования, т/час;

— коэффициент использования оборудования (= 0,6 — 0,8).

Расчет оборудования сводим в таблицу 4.3.2.

Таблица 4.3.2

Ведомость расчета оборудования обрубно-очистного отделения

Обрубку литниковопитающей системы будем производить на обрубном прессе модели К2130Б, отрезку литников и промывников — на ленточнопильном станке модели ЛС- 80, зачистку поверхностей и кромок отливок — на точильношлифовальном станке модели 3М633.

В реконструированном отделении ЛПД на обрубноочистном участке имеются также пескоструйный очистной аппарат, полировальная установка, точило, верстаки для очистки и исправления мелких дефектов отливок.

Расчет количества прессов модели К2130Б:

Принимаем N_пр=2.

Расчет количества ленточнопильных станков модели ЛС- 80:

Принимаем N_пр=2.

Расчет количества точильношлифовальных станков модели 3М633:

Принимаем N_пр=3.

5. Вспомогательные участки отделения

5.1 Кладовые

При проектировании предусматриваем следующие кладовые:

Вспомогательных материалов.

Легковоспламеняемых жидкостей (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ).

Площадь каждой кладовой определяем исходя из годового выпуска: для отделения до 10 000 тонн в год, 40−50 м².

5.2 Склады

В состав складского хозяйства отделения ЛПД входят следующие склады :

Склад шихтовых материалов.

Склад пресс-форм.

Склад готовых деталей.

Будем рассчитывать площадь складов по укрупненным показателям.

Для определения всей площади склада дополним площадь хранения S_хр площадями для разгрузки материалов S_раз и для их технологической подготовки S_подг.

Площадь для разгрузки:

м², (5.1.)

где B — ширина площади разгрузки, м;

B = 6 м;

L — длина фронта разгрузки, м;

L = 10 м;

n — число разгрузочных площадок;

n = 1.

м²

Площадь для технологической подготовки S_подг складывается из площади, занятой технологическим оборудованием S_подг=1000,13=13 м²

Тогда общая площадь складов шихтовых материалов будет определяться по формуле:

S_общ. = е S_хр. + S_раз. + S_подг. = 240 + 60 + 13 = 313 м².

6. Специальная часть

Специальной частью дипломного проектирования является установка в отделении ЛПД автоматизированного комплекса на базе машины литья под давлением 711А07.

6.1 Обоснование необходимости установки автоматизированного комплекса в отделении ЛПД

В настоящее время на ОАО АК «Туламашзавод» в отделении ЛПД большинство монотонных и опасных для здоровья человека операций выполняется вручную. Для повышения производительности и с целью улучшения условий труда в дипломном проекте предлагается установить на участке автоматизированный комплекс на базе машины ЛПД 711А07, выбор которой обоснован в главе 2.4. При установке автоматизированного комплекса функции рабочего сводятся к наблюдению за работой комплекса и его настройке.

Применение автоматизированных комплексов при ЛПД является одним из самых перспективных направлений на пути совершенствования и развития литейного производства, т.к. при этом значительно улучшаются условия труда и экологическая ситуация.

При автоматизации литья под давлением обеспечивается выполнение в автоматическом цикле следующих операций:

дозирование и заливка сплава из раздаточной печи в камеру прессования машины ЛПД;

цикл операций, выполняемых машиной ЛПД, включая раскрытие пресс-формы и работу выталкивателя;

захват отливки;

вынос отливки за пределы рабочей зоны машины после раскрытия пресс-формы и выталкивания отливки из нее;

охлаждение отливки;

перенос отливки к прессу и укладка в ориентированном положении в штамп для удаления литника и облоя;

удаление отливки из штампа в тару;

обдув и смазка пресс-формы перед каждой заливкой или через определенное заданное число циклов;

смазывание пресс-камеры и пресс-поршня;

определение полноты извлечения отливки;

контроль и подрегулирование основных технологических параметров;

поддержание заданного температурного режима пресс-формы;

разогрев пресс-формы в начале работы;

операции по обеспечению безопасности рабочих;

управление всеми механизмами, обеспечивающими выполнение перечисленных операций.

6.2 Выбор манипулятора для смазывания пресс-формы

На соприкасающиеся с жидким металлом поверхности пресс-формы наносят смазочные материалы (разделительные составы), для распыления которых используется блок форсунок. Пресс-форма смазывается либо в каждом цикле работы машины ЛПД, либо по счетчику с пропуском до шести циклов.

Один из манипуляторов, нашедший широкое применение, приведен на рисунке 6.2.1.

Рисунок 6.2.1. Поворотный манипулятор для смазки пресс-форм.

Манипулятор закрепляют на верхней противоположной от оператора колонне, поэтому он может поворачиваться в вертикальной плоскости. В движение манипулятор приводится пневмоцилиндром.

В дипломном проекте в качестве манипулятора для обдувки и опрыскивания пресс-формы выбираем манипулятор ЛМС — 63 (рисунок 6.2.2.).

Рисунок 6.2.2.Манипулятор для обдува и опрыскивания пресс-формы ЛМС — 63:

1 — стойка; 2 — механизм перемещения; 3 — блок форсунок; 4 — обдувная рамка.

Манипулятор монтируют на неподвижной плите машины ЛПД. Составные части манипулятора унифицированы.

Стойка 1 служит для установки механизма перемещения 2 с блоком форсунок 3 и обдувной рамкой коммуникаций 4 и средств установочного регулирования. Стойка закрепляется на неподвижной плите машины с горизонтальной камерой прессования и регулирует положение подвижного блока форсунок по двум координатам.

Механизм перемещения 2 предназначен для ввода блока форсунок 3 в разъем формы и подачи к нему смазочного состава и сжатого воздуха. Он состоит из пневмопанели, пневмоцилиндра, направляющих скалок, блока форсунок и обдувной рамки. Подвижный блок в верхнем положении удерживается пневматическим фиксатором, управляемым от концевого переключателя. Ход подвижного блока регулируется установкой на скалках сменных втулок с шагом 100 мм.

Смазывание и обдувка формы сжатым воздухом выполняется одним из следующих способов:

смазыванием в движении: при ходе подвижного блока вниз — смазывание, при ходе вверх — обдувка формы; при ходе подвижного блока вниз — обдувка формы, при ходе вверх — смазывание формы;

смазыванием во время остановки подвижного блока на нижнем упоре (время стоянки регулируется); в этом режиме при ходе вверх и вниз происходит обдувка формы.

Во время пропуска циклов манипулятор может по заданию программы либо находится в верхнем положении неподвижно, либо совершать ход вверх-вниз, обдувая пресс-форму. Для того, чтобы избежать застоя смазочного материала в подводящих каналах и их засорения, в манипуляторе предусмотрена замкнутая смазочная система с непрерывной циркуляцией смазки.

Техническая характеристика манипулятора ЛМС — 63:

Ход блока форсунок, мм…630

Регулировка исходного положения, мм по горизонтали…200

по вертикали…150

Ширина рамки, мм…430

Количество форсунок (наибольшее)…7

Скорость движения подвижного блока (наибольшая), мм/с…300

Масса, кг…240

6.3 Выбор манипулятора для заливки металла

Для машин с холодной камерой прессования применяют специальные заливочно — дозирующие устройства механического, пневматического или электромагнитного типа. Автоматические заливочные устройства должны выполнять функции транспортирования жидкого металла в полость камеры прессования и удовлетворять следующим требованиям:

обеспечивать чистоту заливаемого сплава и отсутствие в нем пленок окислов, неметаллических включений;

поддерживать температуру сплава в пределах, заданных технологией заливки;

соблюдение точности и стабильности дозирования;

дозатор должен переналаживаться на выдачу доз заданной массы.

6.3.1 Механические дозаторы Механические дозаторы — это дозаторы ковшевого типа с механическим вытеснением дозы или со стопорным устройством.

На рисунке 6.3.1.1. показан дозатор со стопорным устройством.

Дозатор состоит из раздаточной емкости 1 и дозирующей емкости 2, соединенных отверстием 3; емкость 2 соединяется с атмосферой уравнительной трубкой 4; отверстие 5 в емкости 2 закрывается стопором 6, приводимым в движение цилиндром 7. В положении, а стопор 6 плотно закрывает отверстие 5, через которое жидкий металл 8 вытекает в камеру прессования 9.

Рисунок 6.3.1.1. Схема дозатора со стопором.

раздаточная емкость; 2- дозирующая емкость; 3,5- отверстия;

уравнительная трубка; 6- стопор; 7- цилиндр; 8- жидкий металл;

9- камера прессования.

К недостаткам дозаторов механического типа относятся: захват окислов и взбалтывание ванны металла ковшами, недостаточную стойкость частей, погруженных в жидкий металл, возможность растворения железа в жидком сплаве и связанное с этим изменение химического состава заливаемого сплава.

6.3.2 Вакуумные дозаторы Вакуумные дозаторы применяются чаще всего, когда процесс ЛПД осуществляется с вакуумированием полости пресс-формы и камеры прессования перед заливкой с целью уменьшения газовой пористости в отливке.

В дипломном проекте вакуумирования полости пресс-формы и камеры прессования не производится.

6.3.3 Пневматические дозаторы Пневматические дозаторы по сравнению с другими обеспечивают достаточную чистоту сплава, минимальные потери температуры, точность выдачи дозы и легкость ее регулировки. Они не имеют движущихся частей, погруженных в металл, и поэтому наиболее надежны в работе. Схема такого дозатора приведена на рисунке 6.3.3.1.

Рисунок 6.3.3.1. Автоматический дозатор алюминиевых сплавов.

корпус печи; 2- боковой люк; 3- крышка печи; 4- электрические обогреватели; 5- низковольтные подогреватели; 6- сливная труба; 7- серьга.

Дозатор предназначен для автоматизации заливки алюминиевого сплава в машину ЛПД.

Принцип работы дозатора следующий. При включении дозатора через трубопровод в печь 1 поступает сжатый воздух, и давление на зеркало металла возрастает. Под давлением металл поднимается по сливной трубе 6. По достижении металлом сливного отверстия игла-уровнемер подает команду для дополнительной подачи воздуха (создание напора) и для включения реле времени, регламентирующего заливаемую дозу металла. По истечению заданного времени открывается выхлопной клапан, давление воздуха падает и подача металла прекращается. Дозатор должен быть подключен к системе управления машины ЛПД и работать с ней в одном цикле. Для слива остатков металла служит механизм наклона дозатора, соединяемый с корпусом с помощью серьги 7.

Основным недостатком данного дозатора является повышенная гозонасыщенность получаемого металла, а необходимость герметичности раздаточной печи усложняет условия эксплуатации таких устройств.

6.3.4 Электромагнитные заливочные устройства Данная установка позволяет осуществить полную автоматизацию процесса регулируемой закрытой транспортировки металла из плавильной печи к литейной форме.

Работа установки основана на взаимодействии тока, протекающего в жидком металле, с внешним магнитным полем. На жидкий металл, по которому протекает ток, действуют электромагнитные силы, вызывающие движение металла по соответствующим каналам.

6.3.4.1.Электромагнитные заливочные устройства Схема магнитодинамической заливочной установки показана на рисунке6. 3.4.1.

Рисунок 6.3.4.1. Схема магнитодинамической заливочной установки для алюминиевых сплавов:

тигель; 2,3,4- каналы для жидкого металла; 5- замкнутые магнитопроводы; 6,8- обмотки питания; 7- С-образный магнитопровод; 9- сливной металлопровод; 10- съемная крышка.