Проект реконструкции участка литейного цеха литья под давлением ФГУП «НПЦ АП» – филиал «Сосенский приборостроительный завод» с годовой программой 160 тонн

Проект реконструкции участка литейного цеха литья под давлением ФГУП «НПЦ АП» — филиал «Сосенский приборостроительный завод» с годовой программой 160 тонн отливок в год

Аннотация Введение

1. Вводная часть и анализ задания

1.1 Основание для проектирования

1.2 Район и место расположения проектируемого производства

2. Общая часть

2.1 Производственная программа

2.2 Режим работы участка

2.3 Фонды времени

3. Технологическая часть

3.1 Характеристика сырья

3.2 Составление и описание технологической схемы производства

3.2.1 Плавка сплава

3.2.2 Подготовка формы

3.2.3 Заливка формы

3.2.4 Контроль ОТК

3.2.5 Исправление дефектов отливки

3.2.6 Контроль ОТК.

3.2.7 Транспортирование

3.3 Переработка отходов

4. Производственные отделения участка литья

4.1 Плавильное отделение

4.2 Основной участок литья под давлением

4.3 Очистное отделение

5. Специальная часть (литьевая машина CLPO 100/16)

6. Энергетика цеха

6.1 Расчёт установленной и потребляемой мощности

6.2 Водопровод и канализация

7. Компоновка отделений и площади цеха

7.1 Планировка помещений

7.2 Компоновка технологического оборудования

8. Основные строительные решения

9. Экономическая часть

9.1 Расчет количества основных и вспомогательных рабочих

9.2 Организация поставок сырья, программа производства и режим работы предприятия

9.3 Стоимость оборудования

9.4 Вопросы труда и заработной платы

9.4.1 Расчёт фонда заработной платы рабочих

9.4.2 Расчёт фонда заработной платы ИТР и МОП

9.5 Расчёт заготовительных цен на сырьё, материалы и энергию, а также себестоимости продукции

9.6 Расчёт амортизационных отчислений

9.7 Смета расходов предприятия и на содержание и эксплуатацию оборудования

9.8 Проектная калькуляция себестоимости продукции

9.9 Расчет удельных капитальных вложений и производительности труда

9.10 Основные технико-экономические показатели предприятия

10. Охрана труда

10.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

10.2 Расчет искусственного освещения

10.3 Расчет общеобменной вентиляции

10.3.1 Расчёт кратности воздухообмена

10.3.2 Расчёт расхода теплоты на отопление, вентиляцию, тепла выделяемого оборудованием

10.4 Требования безопасности в литейном цех

10.5 Противопожарные мероприятия

11. Склады

12. Транспорт Заключение Библиографический список

Аннотация Данный дипломный проект посвящен реконструкции литейного участка по производству алюминиевых деталей входящих в изделие «компрессор» методом литья под давлением. Производительностью 160 т/год.

Расчетно-пояснительная записка состоит из следующих частей:

1.

Введение

посвященное целям и задачам, стоящим перед промышленностью по переработке алюминия, а также целесообразности и перспективам развития малых предприятий, как одного из основных направлений развития экономики России.

2. Технологической части, посвященной обоснованию выбора и метода производства, разработки технологической схемы производства, требованиям предъявляемым качеству выпускаемой продукции, входному контролю и подготовке исходного сырья. А также технологическому оборудованию и расчету потребности в нем, организации труда, включающей в себя информацию об трудовом процессе и условиях труда, основным строительным и компоновочным решениям производственных помещений и размещении оборудования в нём, расчетам в потребности в электроэнергии, освещении, отоплении, вентиляции, водопровода и канализации.

3. Части по охране среды и безопасности жизнедеятельности, посвященной рассмотрению потенциальных опасностей и вредных факторов в процессе производства, пожарной безопасности и охране окружающей среды.

4. Экономической части, включающей в себя расчет основных технико-экономических показателей проектируемого предприятия.

5.

Заключение

по проекту.

Расчетно-пояснительная записка включает 88 страниц печатного текста, 17 таблиц, 8 рисунков, 52 формулы, и 6 графических листов.

Введение

В настоящее время уровень мировой экономики и экономики отдельных стран всё в большей мере зависит от уровня развития производства и применения цветных материалов. Потребность самых различных отраслей промышленного производства в алюминии, полуфабрикатов и изделиях из них, непрерывно возрастает.

Алюминиевая промышленность является стратегически важной отраслью экономики России. Конструкционные материалы на основе алюминия широко используются в оборонной промышленности, автомобилестроении, авиации, строительстве и электротехнике, в производстве бытовых, пищевых и медицинских товаров. Алюминий — металл высоких технологий, металл будущего, на его основе создаются новые материалы и новая техника, которые радикально и благоприятно изменяют условия жизнеобеспечения человека и способствуют решению глобальных мировых проблем — энергосбережения и экологической безопасности.

Россия является крупнейшим производителем алюминия в мире (вторым после Китая) и самым крупным экспортером этого металла.

Более 80% производимого алюминия экспортируется, так как основные потребители алюминия в России до сих пор имеют уровень производства ниже «дореформенного» на 30 — 60%.

В тяжелых условиях перехода России на рыночные методы хозяйствования акционеры и менеджеры алюминиевых предприятий смогли успешно воспользоваться преимуществами разгосударствления экономики, сохранив квалифицированные кадры, рабочие места, а также лучшие традиции трудовых коллективов.

Предприятия не только не снизили, но и превзошли основные показатели производства, достигнутые в лучшие годы плановой экономики.

Объем производства алюминия вырос в 2003 году к уровню 1990 году на 19%, а к уровню 1994 года (экстремальному минимуму) — на 30%, выпуск глинозема увеличился, соответственно, на 5% и на 64%. Алюминиевый бизнес ежегодно привлекает в страну валютных ресурсов в объеме 3−4 миллиардов долларов США.

Позитивную динамику имеют и качественные показатели: материальные затраты на производство и качество выпускаемой продукции. И, что особенно важно для производства алюминия, значительно сокращен удельный расход электроэнергии (с16 159 кВт· ч/т в 1990 г. до 15 344 кВт· ч/т в 2003 г.).

Позитивные количественные и качественные изменения в российской алюминиевой промышленности начались в 1995 — 1997 годы. Как раз тогда, когда начали формироваться вертикально интегрированные компании.

Литейное производство — отрасль машиностроения, изготовляющая литые заготовки или детали заливкой расплавленного металла заданного химического состава в форму, полость которой имеет конфигурацию отливки. Преимущества литых деталей, в том, что их можно изготовить максимально приближающимися к заданной форме, размерам и практически любой конфигурации.

Литейное производство — один из важнейших технологических процессов в машиностроении. Ежегодно в нашей стране из чугуна, стали и сплавов цветных металлов, производится большое количество деталей, миллионы тонн литых заготовок, разнообразных по массе и размерам. Например, литьем изготавливают станины станков, коленчатые валы, рычаги, рабочие колеса насосов, лопатки газовых турбин, блоки цилиндров, корпуса подшипников и т. д.

В настоящее время литые изделия получают путем заливки металла в формы, изготовленные из песчаных смесей — обычных или жидкоподвижных самотвердеющих, а также при помощи специальных способов литья. Это литье в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям и др. Они являются прогрессивными, так как позволяют свести механическую обработку до минимума, а в некоторых случаях полностью ее устранить. Однако их доля в общем производстве пока не превышает 20−25%.

Также большое количество отливок получают литьём под давлением. Не исключением является и реконструируемый участок литейного цеха.

В настоящее время на производстве назрела проблема технического переоснащения, в связи с тем, что устаревшее оборудование не справляется с задачами производства, принято решение об установке нового оборудования на имеющихся площадях и частичной автоматизации и механизации процесса изготовления деталей.

Перспективность развития производств по переработке цветных материалов заключается в высокой степени автоматизации и механизации, безотходность, расширение областей применения и номенклатуры изделий из цветных материалов.

В этих условиях от отдельных предприятий требуется концентрация усилий на производстве наиболее выгодной продукции, а также смене оборудования на современное.

В условиях рыночной экономики и современных коммерческих отношений иногда наиболее целесообразным представляется строительство малых предприятий.

Преимущества малого предприятия состоят в следующем:

— малое предприятие динамичнее крупного, оно легче приспосабливается к изменяющимся условиям, оперативное отражает изменение потребительского спроса;

— развитие малого предприятия существенно облегчает территориальный и отраслевой перелив рабочей силы и капитала;

— малое предприятие быстрее «впитывает» новые достижения научно-технического прогресса, так как они более приспособлены для производства уникальных изделий, быстрее и дешевле перевооружаются технически, требуют меньших капиталовложений и обеспечивают их быструю окупаемость;

— зачастую само создание малого предприятия реализует попытку коммерческого использования какого-либо новшества;

— малое предприятие улучшает общую структуру производства, так как облегчает адаптацию «неповоротливого» крупного производства к изменяющимся условиям, к новым требованиям научно-технического прогресса, способствует развитию специализации, освобождает крупные корпорации от производства мелкосерийной продукции, занимается поиском, доработкой и освоением новых изделий, охотнее идёт на риск.

Развитие малого предпринимательства рассматривается правительствами многих стран, как важный фактор обеспечения занятости населения. Политика помощи и поддержки малых предприятий проводится и в России.

Разумеется, всё сказанное в пользу малых предприятий ни в коей мере не умаляет значения крупных предприятий, располагающих большой научно-технической базой, штатами учёных, колоссальными финансовыми средствами и мощными производственными возможностями. Будущее промышленности не в противопоставлении малых предприятий гигантам, а в разумном их сочетании.

Опираясь на вышеизложенное, можно сделать вывод, что проектируемый нами объект целесообразнее разместить по соседству с другими производственными организациями в виде малого предприятия.

Это сделает производство предприятия более рентабельным и жизнеспособным. Производство изделий из цветных металлов не может существовать без некоторых смежных производств. Например, инструментального цеха. Находящиеся в эксплуатации машины требуют постоянной и своевременной замены отдельных деталей, узлов. Работа предприятия также не возможна без систем отопления, канализации, энергоснабжения и т. п. Все эти проблемы будут решены, если разместить планируемое производство на территории предприятия, где все вышеперечисленные условия, необходимые для работы предприятия уже имеются.

Таким образом, создание малых предприятий по переработке цветных металлов — одно из основных направлений развития экономики России.

1. Вводная часть и анализ задания

1.1 Основание для проектирования Основанием для проектирования является задание на выпускную дипломную работу, утвержденное заведующим кафедры к.т.н, проф Протопоповым А.А.

1.2 Район и место расположения проектируемого производства Проектируемое производство намечено разместить на имеющихся площадях филиала ФГУП «НПЦАП» -" СПЗ" г. Сосенский Калужской области исходя из следующих предпосылок: наличие на предприятии энергоснабжения, систем отопления, электрои водоснабжения, наличие железнодорожной ветки, близость с другими участками заводского комплекса.

Краткая характеристика г. Сосенский :

250 км от МКАД город (с 1991) в Калужской области, основан в связи с разработкой шахт в Подмосковном угольном бассейне. Первоначально посёлок назывался Шепелевский.

Город расположен на юго-востоке Калужской области, в 90 км к юго-западу от Калуги, в 12 км от Козельска, в 4 км от ближайшей железнодорожной станции.

2. Общая часть

2.1 Производственная программа Основой для проектирования является производственная программа участка. Она составлена в соответствии с заданием на дипломное проектирование, в котором предусматривается годовой выпуск литья в тоннах. Дипломное задание определяет также вид технологического процесса литье под давлением, и отрасль промышленности, к которой относится реконструируемые участки литейного цеха.

Данная производственная программа является приведенной. Она отличается от точной и условной тем, что только одна часть ее, называемая представителем программы, обеспечена чертежами и техническими условиями. Остальная часть точно определена быть не может, и ее приводят к известной части.

Условная программа задается лишь в весовом отношении без указания номенклатуры, чертежей и технических условий на отливки. Обычно такая программа относится к проектированию, участков литья для собственных нужд цеха и завода и может быть рассчитана по укрупненным показателям.

Деталь — представитель — «Шатун». Данная деталь является составной частью автокомпрессора «МУССОН». Деталь «Шатун» жестко связана с другими деталями машины. Из-за специфики работы машины деталь должна выдерживать значительные статические и динамические нагрузки.

При длительной эксплуатации данной детали происходит износ поверхностей

Автокомпрессоры «МУССОН» предназначены для накачки шин легковых автомобилей всех типов (включая внедорожники), а также шин микроавтобусов, минивэнов и грузовых автомобилей грузоподъемностью до 5 тонн («Бычок», «Газель») с давлением в шине до 5 атм. (модель «МУССОН М1»)

Технические данные:

Максимальное давление воздуха — не менее 4,5 атм Напряжение питания (пост.ток) — 12−13,5 В Потребляемый ток до 3,5 атм — не более 9 А Потребляемый ток до 4,5 атм — не более 11 А Режим работы — повторно-кратковременный (15 мин. с перерывом 20 мин.)

Температурный интервал работы — от -30°С до +40°С при влажности 98%

Время накачки колеса 170/70/R13 от 0 до 2 атм — до 140 сек Габаритные размеры в упаковке — 210*220*110 (мм) Длина шнура питания — 4,5 м Длина шланга — 0,8 м Масса — 1,2 кг

2.2 Режим работы участка Работа на проектируемом предприятии планируется в три смены по 8 часов. Количество рабочих дней в году — 250. Номинальные фонды времени работы оборудования приняты по государственным нормам технологического проектирования предприятия машиностроения, приборостроения и металлообработки.

Потери времени для оборудования приняты исходя из продолжительности и периодичности планово-предупредительных работ, технологических переналадок, а также внутрисменных потерь, связанных с технологическим обслуживанием оборудования и организационными мероприятиями.

2.3 Фонды времени Трудовой процесс разработан в виде баланса рабочего времени за смену по каждому рабочему месту. Баланс рабочего времени составлен из функциональной занятости в течение оперативного времени в смену (время оперативной работы); подготовительно-заключительного времени; времени обслуживания рабочего места; времени на отдых и личные надобности.

Функциональная занятость по отдельным профессиям установлена путём определения объёма работ, подлежащих выполнению рабочими в течение смены, с учётом механизации и автоматизации процесса, соответствующих современному уровню организации производства на данном участке.

При работе литьевых машин (в полуавтоматическом режиме) оператор выполняет в основном контрольные функции в течение всей смены, производя обход обслуживаемого им оборудования через определённые промежутки времени. Наиболее существенными факторами, влияющими на занятость литейщика, является конструкция оснастки и место упаковки готовой продукции. Под конструкцией оснастки подразумевается конструкция литьевых систем. Наибольшее распространение получили безлитниковые формы, формы с отрывом литника при размыкании и формы с пальчиковым литником.

Перечень элементов оперативного времени литейщика при работе литьевых машин в полуавтоматическом режиме, в зависимости от конструкции литьевой формы и с учётом упаковки у литьевых машин, приведён ниже

Примечания: 1. n1- число циклов в смену; n2- число едениц тары в смену; T1- затраты времени на удаление литников и контроль качества изделий; Т2- то же, на счёт и укладку изделий в тару; 2. значения n1, n2, T1 и Т2 определяются для каждого конкретного изделия; 3. приведены затраты времени на прокладку рядов изделий бумагой, приходящиеся на еденицу тары.

Работа литейщика (оператора литейной машины) содержит следующий ряд основных операций: участие в настройке всех механизмов машины на заданный режим литья; разогрев машины по зонам; установление технологической последовательности и режимов литья по технологической карте и смазка литьевых форм. А также наблюдение за установленным режимом литья по контрольно-измерительным приборам; вставка в гнёзда форм арматуры и оформляющих знаков; разборка форм, съём изделий, заделка раковин; устранение неполадок в работе литьевой машины. Затраты времени литейщика на выполнение некоторых основных операций (укрупненные нормы) указаны в таблице 4.

Таблица 4.

Затраты времени литейщика

3. Технологическая часть

3.1 Характеристика сырья Предполагается что предприятие будет использовать для производства продукции Сплав АК12 ГОСТ 1583–93.

Исходные шихтовые материалы:

— сплавы в чушках по ГОСТ 1583–93 — 40%

— возврат собственного производства (переплавленные отходы) — 60%

Температура плавки сплавов — 720−740°C

Рафинирование сплавов (процесс очистки расплава от газов и неметаллических включений) при температуре 720−730°C

— марганцем двухлористым 4-х водным ГОСТ 612–75 — 0,05−0,1% от веса шихты Или

— универсальным флюсом «ФУРМ» — 0,1−0,2% от веса шихты (Флюс «ФУРМ» обладает рафинирующими и модифицирующими свойствами) Длительность эффекта рафинирования приблизительно 1 час; в смену проводить модифицирование не более 2-х раз.

Сплавы системы Al-Si известны под общим названием силумины.

Силумины характеризуются хорошими литейными свойствами и герметичностью, средней прочностью и достаточной коррозионной стойкостью. Они применяются для изготовления сложных отливок.

Для измельчения зерна и, следовательно, улучшения механических свойств силумины модифицируют обычно натрием в количестве 0,05−0,08% от массы сплава. Модификатор вводят в расплав в виде смеси галоидных солей натрия и калия. В силумины вводят также модифицирующие добавки иттрия, стронция, циркония, бора, титана и др.

Простые силумины, содержащие только алюминий и кремний (марка АК12), относятся к термически неупрочняемым.

Введение

в силумины магния делает их термически упрочняемыми — они подвергаются закалке и искусственному старению.

Силумины, содержащие кроме алюминия и кремния другие компоненты, называются специальными.

Простой силумин марки АК12 благодаря эвтектической структуре имеет отличные литейные свойства (наиболее высокую жидкотекучесть среди всех алюминиевых сплавов) при невысоких механических свойствах. Из сплава получают плотные герметичные отливки сложной формы, не испытывающие в процессе эксплуатации значительных нагрузок.

3.2 Составление и описание технологической схемы производства

3.2.1 Плавка сплава

1) Провести плавку сплава по инструкции в печи раздаточной CAT 0,25

2) Провести рафинирование сплава по инструкции.

3) Снять шлак с поверхности зеркала металла, отобрать пробу на хим. анализ и два образца для определения твёрдости сплава.

4) Залить 4 образца для мех. испытаний для определения временного сопротивления и относительного удлиннения.

3.2.2 Подготовка формы

1) Установить прессформу на литейную машину CLPO-100 с помощью электротельфера и набора ключей ГОСТ 2839–80

2) Проверить надёжность крепления формы к машине путём последовательной проверки элементов крепления с помощью набора ключей ГОСТ 2839–80

3) Включить машину, проверить работу ходовых частей формы, толкателей, плотность закрытия формы с помощью набора щупов.

4) Проверить и отрегулировать на холостом ходу рабочий цикл машины.

5) Подогреть прессформу до температуры 180−200 градусов Цельсия используя паяльную лампу, и прибор измерения температур. Допускается разогрев прессформы производить запрессовками жидкого металла после предварительной смазки прессформы — 5−7 запрессовок

6) Очистить рабочую поверхность прессформы кисточкой ГОСТ 10 597–87

7) Произвести смазку прессформы смазкой АСПФ-2 или воском и камеры сжатия воском. Кисть ГОСТ 10 597–87.

3.2.3 Заливка формы

1) Сомкнуть прессформу

2) Залить сплав при температуре 680 градусов Цельсия. Использовать ложку разливочную. Очистку и окраску разливочного инструмента производить один раз в смену.

3) Запрессовать.

4) Выдержать 12с.

5) Разомкнуть прессформу.

6) Удалить отливки из прессформы вручную.

7) Произвести визуальный осмотр отливок на отсутствие трещин, раковин, неслитин.

8) Отделить отливки от литника и 2-х промывников вручную.

9) Уложить отливки в тару отдельно от литника.

10) Очистить поверхность прессформы от остатков металла кистью ГОСТ 10 597–87, и зубилом.

11) Произвести смазку прессформы смазкой АСПФ-2 или воском через 1−2 запрессовки, смазку камеры сжатия — перед каждой запрессовкой. Кисть ГОСТ 10 597–87

3.2.4 Контроль ОТК Контролировать внешний вид отливок на соответствие требованиям визуально.

3.2.5 Исправление дефектов отливки При изготовлении отливок в них возникают различные дефекты, характер и размеры которых зависят от применяемого сплава, способа литья и особенностей приянтого технологического процесса.

Существуют две основные системы классификации дефектов отливок:

— классификация дефектов по их внешнему виду, форме, расположению на отливке, размерам;

— классификация дефектов по причине их образования, по общности физико-химических явлений, в результате которых возникает дефект.

При литье цветных сплавов чаще всего применяют вторую систему классификации.

Дефекты могут быть допустимыми, исправимыми и неисправимыми. Неисправимые дефекты приводят к окончательному браку отливок.

С целью сокращения потерь от исправимого и окончательного брака необходимо знать причины, вызывающие появление дефектов как при литье деталей, так и при их последующей зачистке и обработке, и принимать меры по их устранению.

1) Зачистить облой и дефекты литья по контуру отливки. Использовать кусачки ГОСТ 28 037–89, напильник ГОСТ 1465–80 и надфиль ГОСТ 1513–77. Облой в отверстиях д7,5 и д3,6 не зачищать

2) Уложить отливки в тару

3.2.6 Контроль ОТК

1) Контролировать размеры согласно чертежу отливки. Использовать штангенциркуль ГОСТ 166–89. Размеры радиусов и межцентровые расстояния обеспечиваются оснасткой. Объём контроля размеров -5% на первой партии и после каждого ремонта формы.

2) Проверить отливку на соответствие требованиям ОСТ 92−1165−75 сплошным контролем.

3.2.7 Транспортирование Детали с маршрутным листом направить на дальнейшую мех. обработку.

3.3 Переработка отходов Образующиеся во время изготовления деталей отходы перерабатываются и используются в процессе плавки сплавов.

Образующиеся в процессе плавки сплавов неперерабатываемые отходы (шлак) вывозятся с участка и сдаются во вторцветмет, норматив образования отходов 0,001 кг.

4. Производственные отделения участка литья Литейный участок состоит из следующих технологических отделений:

1. Плавильное отделение

2. Основной участок литья под давлением

3. Обрубно — очистное отделение Склады:

1. Шихтовых материалов

2. Форм

3. Готовых отливок

4.1 Плавильное отделение Электропечь CAT 0,25 предназначена для плавления и поддержания температуры расплава алюминия.

Плавление алюминия в данной печи производится в графито-шамотном тигле, установленном в нагревательной камере шахтного типа. Каркас нагревательной камеры выполнен из листовой стали. Внутри каркаса располагается футеровка. В качестве футеровочных материалов применяются современные легковесные и волокнистые материалы. На внутренней поверхности футеровки закреплены проволочные электронагреватели из сплава марки Х20Н80-Н. В нижней части нагревательной камеры имеется отверстие для аварийного слива расплава алюминия в случае разрушения плавильного тигля. Верхняя часть нагревательной камеры снабжена крышкой. Подъем и опускание крышки производится рычажным механизмом с ручным приводом. Автоматическое управление температурой осуществляется системой управления, смонтированной в отдельном шкафу. В качестве регулирующего устройства используется микропроцессорный программный регулятор, позволяющий изменять напряжение на нагревателях с помощью тиристорных модулей.

Технические характеристики печи

Комплект поставки печи включает: нагревательную камеру в сборе с крышкой и механизмом подъема, плавильный тигель, шкаф управления, эксплуатационную документацию.

По желанию заказчика комплект поставки печи может быть изменен. Также возможна поставка электропечи с другим значением установ­ленной мощности в соответствии с требованиями заказчика.

Гарантийный срок эксплуатации электропечей составляет 12 месяцев.

Предполагается что предприятие будет использовать для производства продукции Сплав АК12 ГОСТ 1583–93.

Исходные шихтовые материалы:

— сплавы в чушках по ГОСТ 1583–93 — 40%

— возврат собственного производства (переплавленные отходы) — 60%

Температура плавки сплавов — 720−740°C

Рафинирование сплавов (процесс очистки расплава от газов и неметаллических включений) при температуре 720−730°C

— марганцем двухлористым 4-х водным ГОСТ 612–75 — 0,05−0,1% от веса шихты Или

— универсальным флюсом «ФУРМ» — 0,1−0,2% от веса шихты (Флюс «ФУРМ» обладает рафинирующими и модифицирующими свойствами) Длительность эффекта рафинирования приблизительно 1 час; в смену проводить модифицирование не более 2-х раз.

Сплавы системы Al-Si известны под общим названием силумины.

Силумины характеризуются хорошими литейными свойствами и герметичностью, средней прочностью и достаточной коррозионной стойкостью. Они применяются для изготовления сложных отливок.

Для измельчения зерна и, следовательно, улучшения механических свойств силумины модифицируют обычно натрием в количестве 0,05−0,08% от массы сплава. Модификатор вводят в расплав в виде смеси галоидных солей натрия и калия. В силумины вводят также модифицирующие добавки иттрия, стронция, циркония, бора, титана и др.

Простые силумины, содержащие только алюминий и кремний (марка АК12), относятся к термически неупрочняемым.

Введение

в силумины магния делает их термически упрочняемыми — они подвергаются закалке и искусственному старению.

Силумины, содержащие кроме алюминия и кремния другие компоненты, называются специальными.

Простой силумин марки АК12 благодаря эвтектической структуре имеет отличные литейные свойства (наиболее высокую жидкотекучесть среди всех алюминиевых сплавов) при невысоких механических свойствах. Из сплава получают плотные герметичные отливки сложной формы, не испытывающие в процессе эксплуатации значительных нагрузок.

4.2 Основной участок литья под давлением Для производства изделий методом литья под давлением выбираются наиболее эффективные литьевые машины одноцилиндровой конструкции.

Выбор основного технологического оборудования должен соответствовать выбранной технологической схеме с учётом особенностей переработки алюминия в готовые изделия. К основному оборудованию относятся оборудование, оказывающее непосредственное воздействие на материал в процессе получения готовых изделий. Таким оборудованием являются литьевые машины.

В производстве изделий из алюминия наиболее распространены литьевые машины с гидравлическим приводом из-за ряда преимуществ: они наиболее просты и удобны в эксплуатации; долговечны; легко регулировать основные параметры процесса литья (скорость впрыска, давление литья).

Оборудование для литья под давлением производят в нашей стране и за рубежом. В связи с номенклатурой изделий, выпускаемых на проектируемом предприятии, выбираем горизонтальную машину литья под давлением с холодной камерой прессования и максимальным весом заливаемого металла от 1 до 2 кг, ею являются модель типа CLPO 100/16−2A. Тип и типоразмер литьевых машин выбраны исходя из массы и размеров изделия, площади литья, материала изделий, тиражности, отношения толщины изделия к его длине, гнёздности формы, конструктивных особенностей изделий, требований к точности изготовления и чистоте поверхности изделия. Марки и технологические характеристики выбранных машин указаны ниже.

Технические данные машины CLPO 100/16−2A

Выбор основного технологического оборудования должен соответствовать выбранной технологической схеме с учётом особенностей переработки алюминия. К основному оборудованию относятся оборудование, оказывающее непосредственное воздействие на материал в процессе получения готовых изделий. Таким оборудованием являются литьевые машины.

Произведём расчёт потребности в оборудовании по заданной ассортиментной программе.

Производительность литьевых машин по заданной ассортиментной программе рассчитывается по формуле:

Q = 3,6*m*T/t, (12)

где Q — производительность оборудования, кг/ч;

m — масса изделия, г;

T — число гнёзд в форме;

t — продолжительность цикла, с.

Производительность по шатунам для компрессора, (Qшатун) соответственно:

Qшатун = 3,6*5*6/50 = 2 кг/ч; (13)

Определим затраты времени, необходимые для выполнения годовой программы по изделию по формуле:

Т = Пт*m/Q (4.2.) (14)

где Т — затраты времени, необходимые для выполнения годовой программы по изделию, ч;

Пт — годовая программа по изделию, кг/ч;

Q — производительность работы литьевой машины по данному изделию, кг/ч;

m — масса одного издели, кг;

Тшатун =1 009 200*0,005/2= 2523 (ч) (15)

Если сложить время, необходимое для выполнения годовой программы по каждому изделию, то получится фонд времени выполнения всей программы производства при работе одной литьевой машины:

Тост.пр = 5562 (ч) Тобщее = Тшатун + Тост.пр. = 8085 (ч) (16)

Рассчитаем количество литьевых машин, которое обеспечит выполнение предприятием программы производства по формуле:

Чм = Т/(Фд*k), (17)

где Чм — количество необходимых машин;

Тобщее — фонд времени выполнения всей программы производства при эксплуатации одной литьевой машины, ч;

Фд — действительный годовой фонд времени работы основного оборудования предприятия, при работе предприятия в полуавтоматическом режиме, в 3 смены составляет 5400 часов К =0,93- коэффициент, учитывающий потери времени на обслуживание рабочего места и оборудования, подготовительно-заключительное время, время на отдых и личные надобности.

Чм = 8085/(5400*0,93) = 1,6 (18)

Таким образом, количество оборудования необходимого для выполнения всей программы производства равно 2 машины.

4.3 Очистное отделение Классификация финишных (очистных) операций отливок производиться по их назначению, способам обработки, применяемому оборудованию и инструменту.

Удаление литников, прибылей, технологических приливов на данном участке литья под давлением осуществляется механическим способом используя фрезерные и токарные станки.

Удаление пригара, уменьшение шероховатости поверхности отливок осуществляется галтовкой с использованием галтовочного барабана.

Для механизации очистных и отделочных операций путем виброабразивной обработки на проектируемом цехе целесообразно установить Виброугалтовочную установку (RC 1100)

Удаление остатков литников, питателей, заусенцев, облоя, и выравнивание неровностей поверхности производится ручным слесарным инструментом, а также с помощью абразивных лент и полотен.

5. Специальная часть (литьевая машина CLPO 100/16)

Литье под давлением — один из перспективных способов получения фасонных заготовок. Сущность способа литья под давлением состоит в том, что установленная на машине металлическая форма, называемая пресс-формой, заполняется расплавом с высокой скоростью под давлением внешней силы, превосходящей силу тяжести, а затвердевание в ней отливки происходит под избыточным давлением. Давление создают с помощью поршня в камере прессования, которая соединена с полостью пресс-формы. Давление резко улучшает заполняемость формы, т. е. увеличивает жидкотекучесть металла, и отливки с такой точностью воспроизводят все контуры формы, что необходимость в обработке заготовки резанием исключается или сводится к минимуму.

К преимуществам литья под давлением относится также высокое качество поверхности отливки сложной конфигурации. Высокие скорости охлаждения металла в пресс-форме способствуют измельчению структуры металла в отливке, уменьшению усадочных дефектов, повышению механических свойств.

Главный недостаток литья под давлением — высокая стоимость оборудования и пресс-форм, что заставляет применять этот способ только для очень крупных серий отливок. Литьем под давлением изготовляют главным образом отливки из цветных сплавов — алюминиевых, магниевых, цинковых, медных и др. Получают под давлением отливки из стали и титана.

Размеры и масса отливок зависят от мощности машин, на которых осуществляется процесс: чем большее усилие запирания пресс-формы может развивать запирающий механизм машины и большие давление и скорость перемещения развивает ее прессующей механизм, тем большие размеры отливок можно получать.

Усилие запирания у рассматриваемой машины CLPO 100/16 составляет 1000кН.

Остальные технические характеристики:

1. Максимальный вес заливаемого металла 1,3 кг

2. Максимальная площадь отливки 310 см²

3. Рабочий ход носителя формы 300 мм

4. Наибольшая высота формы 500 мм

5. Наименьшая высота формы 200 мм

6. Минимальная толщина неподвижной полуформы 40 мм

7. Минимальные размеры формы 180×180 мм

8. Расстояние между колоннами 185×385 мм

9. Размер плит крепления 630×630 мм

10. Ход гидравлического выталкивателя 80 мм

11. Диаметр поршня 45−80 мм В зависимости от способа, которым металл запрессовывается в форму (рис. 2.2.1), различают машины с холодной горизонтальной, холодной вертикальной и горячей камерами прессования.

Рис. 2.2.1 Типы камер прессования:

а — холодная горизонтальная; б — холодная вертикальная; в — горячая;

1 — подвижная половина формы; 2 — неподвижная половина формы;

3 — отливка; 4 — прессуемый металл; 5 — прессовый стакан;

6 — прессовый плунжер На машинах с холодной камерой прессования получают отливки из алюминиевых, магниевых, медных и других тугоплавких металлов, на машинах с горячей камерой прессования — отливки главным образом из более легкоплавких сплавов на цинковой, свинцовой или оловянной основе.

На машинах с холодной горизонтальной камерой прессования (как и в случае с нашей машиной литья под давлением) (рис. 2.2.1, а) расплавленный металл заливается через окно в прессовой цилиндр 5 и прессовым плунжером 6 подается в предварительно закрытую механизмом запирания форму. После затвердевания отливки форма открывается, отливка выталкивается из нее толкателями и удаляется из машины.

На машинах с холодной вертикальной камерой прессования (рис. 2.2.1, б) металл заливается в прессовый стакан 5 сверху. При этом литниковые каналы, соединяющие прессовый цилиндр с формой, перекрыты нижним поршнем (пяткой) и открываются только после его опускания под давлением металла в момент прессования. Такая конструкция механизма прессования исключает попадание расплавленного металла в форму до начала прессования и позволяет получать отливки с центральным литником. Извлечение отливок из формы производится так же, как на машинах с горизонтальной камерой.

В отличие от машин с холодной камерой прессования у машины с горячей камерой прессования (рис. 2.2.1, в) прессовый стакан 5 опущен в тигель с расплавленным металлом и полость стакана соединена с тиглем. При подъеме прессового поршня выше заливочного отверстия металл из тигля через отверстие поступает в прессовый стакан. При опускании прессового поршня расплавленный металл по подогреваемому каналу, называемому гузнеком, под действием плунжера попадает в форму. При новом подъеме поршня избыток металла сливается, и машина после затвердевания и выталкивания отливки готова к очередному циклу.

В промышленности наиболее широкое применение имеют машины с холодной горизонтальной и горячей вертикальной камерами прессования.

Процесс литья под давлением может быть осуществлен только на машинах. Это создает предпосылки для комплексной автоматизации технологического процесса, способствует существенному улучшению санитарно-гигиенических условий труда.

На рис. 2.2.2 приведена машина с холодной горизонтальной камерой прессования. На станине 6 размещаются пресс-форма, состоящая из подвижной и неподвижной частей, закрепленных соответственно на подвижной 4 и неподвижной 7 плитах машины болтами или специальными скобами, механизм запирания 3 и прессования 9, гидронасос с приводом 2, а также электро — и гидрооборудование и аппаратура. Для нагнетания рабочей жидкости в гидроцилиндры служит насосная установка 1.

Рис. 2.2.2. Машина для литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования Наличие гидрорычажного механизма 3 запирания позволяет надежно запереть форму, а гидропневматический аккумулятор 10 обеспечивает быстрый впрыск металла в форму и выдержку его во время кристаллизации отливки под необходимым давлением.

Машины с холодной камерой прессования выпускают с усилием запирания от 0,4 до 35 МПа. На этих машинах получают отливки массой от нескольких граммов до 50 кг и более (из алюминиевых сплавов) со стенками толщиной от 0,6 до 6 мм и с шероховатостью поверхности Rz = 40…10 мкм.

Процесс литья начинается с подогрева пресс-формы, заливочного стакана 8 и прессующего поршня 9. Температура нагрева пресс-формы зависит от заливаемого сплава: для цинкового — 140…180 ?C; для алюминиевого 180…210 ?C; для магниевого — 200…240 ?C; для латуни — 250…300 ?C.

Часто на производстве для нагрева в пресс-формы два-три раза заливают расплав, а полученные отливки затем переплавляют, так как они имеют дефекты.

При литье под давлением активно используют смазки, которые наносят на рабочую поверхность пресс-формы.

Смазывание пресс-форм производится с целью уменьшения усилия, необходимого для удаления отливки, а также для предотвращения задиров и привара ее к пресс-форме. Также использование смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) при литье под давлением позволяет влиять на температурный режим работы пресс-формы, и, соответственно, на продолжительность затвердевания отливки в пресс-форме.

Смазка форм может смывать налет образующийся в процессе заполнения пресс-формы расплавом. Cмазки, которые используют при литье под давлением оказывают влияние также на газовую пористость в отливках. Смазка обязательно наносится перед каждой запрессовкой.

Затем включается механизм запирания 3, приводимый в движение гидроцилиндром, который перемещает подвижную плиту 4 и закрепленную на ней подвижную половину пресс-формы и соединяет ее с неподвижной половиной пресс-формы. После этого в прессовый стакан 8 заливается расплав.

Для литья алюминиевых сплавов рекомендуются следующие температуры: 580…620 С.

Включается механизм запрессовки и поршень вытесняет расплав в полость формы. После заливки металл выдерживается в форме до затвердевания (несколько секунд), затем пресс-форма раскрывается и отливка выталкивается из нее.

При литье под давлением скорость впуска расплава в пресс-форму колеблется от 0,5 до 120 м/с, а конечное давление на расплав достигает 1000 кН. В результате форма заполняется за десятые, а часто и за сотые доли секунды.

При высоких скоростях впуска расплава в полость пресс-формы воздух, пары, газы, продукты разложения смазочного материала не успевают полностью удалиться из пресс-формы за время ее заполнения и попадают в расплав. Это способствует образованию в отливках раковин и газовоздушной пористости.

При нагреве отливки газы расширяются и на ее поверхности появляются пузыри.

Для уменьшения газовоздушной пористости в отливках используются специальные способы литья под давлением. К ним относят: литье с использованием вакуумирования пресс-формы, литье с регулированием состава газа в полости пресс-формы, подпрессовка металла, находящегося в твердо-жидком состоянии.

Существует несколько способов создания вакуума в полости пресс-формы. Один из них состоит в том, что пресс-форму заключают в герметичный кожух, из которого воздух удаляется вакуумными насосами, а затем в нее запрессовывается расплав. Вакуумирование полости пресс-формы происходит в тот момент, когда прессующий поршень перекроет заливочное отверстие в стакане.

Одним из методов литья под давлением с регулированием состава газов в полости пресс-формы является кислородный. Перед заливкой расплава полости пресс-формы и камеры прессования продуваются кислородом до полного вытеснения воздуха. При заполнении пресс-формы расплавом кислород вступает в реакцию с частицами расплава, при этом его большая часть расходуется на окисления расплава, а в форме образуется вакуум:

4Al + 3O2 = 2Al2O3. (1)

Образующиеся мельчайшие частицы окисла Al2O3 не ухудшают механических свойств и обрабатываемости отливок. Вместе с тем газосодержание отливок, пористость в них значительно уменьшаются.

Перед заливкой расплава полости камеры прессования и пресс-формы заполняются гелием так, чтобы весь воздух был вытеснен и замещен гелием. При запрессовке гелий, который значительно легче воздуха, легко покидает пресс-форму через каналы вентиляционной системы и не попадает в отливку. В результате количество газовых пор резко уменьшается и плотность возрастает.

Для уменьшения усадочных пор в отливке и сжатия газовоздушных пор, повышения плотности и герметичности отливки производится подпрессовка расплава в заключительной стадии прессования.

В одной из схем подпрессовки отливок используется двойной прессующий поршень, состоящий из основного блока и блока меньшего диаметра, находящегося в центре плунжера основного блока. До момента образования корочки металла на стенках камеры прессования оба плунжера перемещаются вместе, а затем после остановки основного плунжера продолжает двигаться плунжер меньшего диаметра и давление на расплав увеличивается.

От качества пресс-формы в значительной мере зависит качество отливки, ее точность, шероховатость поверхности, наличие газовых и усадочных раковин, других дефектов.

Пресс-форма может иметь одну или несколько рабочих полостей для получения отливки, стержни и вставки, необходимые для выполнения отверстий в отливке, системы каналов для подвода расплава в рабочую полость и отвода воздуха и газов (вентиляционную систему), а также системы толкателей и каналов для охлаждения деталей пресс-формы при работе.

При проектировании пресс-формы поверхность разъема назначают с учетом усадки сплава (вследствие усадки отливка обжимает выступающие части пресс-формы, стержни и отходит от стенок формы). После раскрытия пресс-формы отливка находится в той полуформе, которая имеет большее число выступов, оформляющих ее внутренние контуры и поднутрения. В этой части пресс-формы и располагают выталкиватели для удаления отливок.

По плоскости разъема пресс-форма делится на две части (рис. 2.2.3): неподвижную, условно называемую матрицей, и подвижную — пуансон, в котором располагаются выталкиватели.

Рис. 2.2.3 Пресс-форма для литья под давлением на машине с холодной камерой прессования В матрице обычно оформляются наружные контуры отливки, а в пуансоне — внутренние ее очертания.

Плита 22 матрицы крепится к плите 25 и болтами 1 к неподвижной плите 2 машины. Плита 25 надевается на фланец камеры сжатия 3. В плите матрицы закреплены литниковая втулка 5, в которую входит прессовый поршень. В матрицу 6 вставлен неподвижный стержень 7 и в него — стержень 8, оформляющий отверстие.

Для удаления загрязненного расплава из воздухоотводного и соединительного каналов предусмотрен промывник.

Литниковая система состоит из пресс-остатка, подводящего канала и питателя. Пуансон 9 закреплен в плитке 21 пуансона и на подкладной плите 20. В этой плите и плите 22 сделаны каналы, по которым циркулирует вода для охлаждения пресс-формы. Плита 20 через стойки 19 крепится болтами 18 к плите 17 и подвижной плите 16. Плита 17 через стойки 19 крепится болтами 18 к плите 21 и подвижной плите 16. Плита 17 и стойки 19 образуют постамент. Для направления потока металла служит рассекатель. Через пуансон проходят выталкиватели 11 и контрвыталкиватели. Они крепятся между плитой 13 выталкивателей и плитой 14 упоров. Контрвыталкиватели возвращают плиты 13 и 14 в исходное положение при сближении половинок форм. Отливка выталкивается при раскрытии пресс-формы и перемещении подвижной ее части упором толкателя 15 в плиту, закрепленную на штоке запирающего цилиндра машины.

Подвижные и неподвижные части пресс-формы центрируются четырьмя штырями 23 и втулками 24. Плиты 13 и 14 направляются колонкой 12, что также уменьшает износ выталкивателей. Для транспортирования и монтажа в плиту 20 ввернуты рым-болты 10.

Конструкции пресс-форм для массового производства отличаются полной автоматизацией всех операций по извлечению стержней и подвижных вкладышей, выталкиванию отливок, возврату стержней в исходное положение. Извлечение подвижных стержней и выталкивание отливок осуществляется за счет перемещения подвижной половины пресс-формы.

Обычно пресс-формы для массового производства имеют систему охлаждения и часто систему терморегулирования, что позволяет повысить скорость работы машины, а значит, производительность процесса.

Системы терморегулирования включают датчики для изменения температуры пресс-формы в заданных местах — термопары, систему охлаждения отдельных частей или пресс-формы в целом, систему регулирования подачи охладителя в пресс-форму.

Пресс-формы для изготовления отливок в мелкосерийном производстве характеризуются упрощенной конструкцией на базе универсальных блок-форм со сменными вкладышами. Внедрение САПР уменьшает затраты на проектирование и изготовление пресс-форм на 40…70%. При этом рентабельно изготавливать даже партии по 400…500 отливок.

Основные детали пресс-формы делятся на три группы: формообразующие, конструктивные и входящие в механизм пресс-форм. Кроме того, в пресс-формах используют крепежные стандартные детали.

К формообразующим деталям относятся рабочие вкладыши, вставки, стержни, выталкиватели, литниковые втулки, рассекатели и т. п.

Вкладыши обычно имеют форму цилиндров или параллелепипедов. Желательно, чтобы вкладыши имели равномерную толщину стенок.

Стержни могут быть неподвижные, подвижные, отъемные и разовые.

Неподвижные стержни устанавливают перпендикулярно к плоскости разъема и закрепляют во вкладышах подвижной и неподвижной частей пресс-формы.

Подвижные стержни оформляют отверстия и полости в отливке, расположенные под углом к плоскости разъема пресс-формы или параллельно ей.

Для извлечения стержней широко применяются клиновые механизмы, позволяющие совместить раскрытие пресс-формы и удаление стержней. Для извлечения стержней, ход которых превышает 50 мм, используются реечные и реечно-клиновые механизмы.

Для извлечения длинных (более 50 мм) и крупных стержней (рис. 2.2.4) используют гидравлические приводы стержней. Для облегчения удаления стержни имеют конусность 30'…1?30'.

Выталкиватели 11 (см. рис. 2.2.3) следует располагать равномерно по контуру отливки, а также в местах ее торможения в форме при извлечении. В сечении выталкиватели могут быть круглые, прямоугольные, квадратные и др. Площадь поперечного сечения их должна быть максимальной, чтобы они не продавливали отливку и не ломались сами. В закрытом положении пресс-формы торцы выталкивателей должны располагаться на 0,3…0,5 мм выше или ниже оформляющей поверхности пресс-формы.

Рис 2.2.4 Гидродинамические извлекатели:

1 — гидроцилиндр двойного действия; 2 — запирающие клинья с гидроприводом При изготовлении отливок типа втулок, колец применяют трубчатые и сегментные выталкиватели. Выталкивание плитой 13 обеспечивает равномерное удаление отливки.

Литниковая втулка 5 предназначена для сопряжения пресс-формы с камерой прессования 4.

Рассекатель используется для направления потока расплава, поступающего из литниковой втулки в каналы литниковой системы и рабочую полость пресс-формы.

Конструктивные детали рабочей пресс-формы применяются для соединения отдельных частей пресс-формы, крепления пресс-формы к плитам машины. К ним относятся: плиты подкладные, прижимные, выталкиватели, постаменты, ползуны, упоры, контрвыталкиватели, направляющие втулки и колонки, крепежные детали.

Рабочие части пресс-формы, соприкасающиеся с расплавом, испытывают значительные термические напряжения, переменные по знаку. Напряжения вызывают появление трещин вследствие термической усталости материала; постепенно происходит «разгар» этих частей формы. Поэтому матрицы, пуансоны, сменные вкладыши, оформляющие рабочие полости, стержни, литниковые втулки изготавливают из легированных сталей 4Х5МФС, 3Х2В8, 5ХНМ, а также из сталей У8, У9. Плиты, колонки и другие менее ответственные части изготавливают из обычной конструкционной стали.

Для придания необходимых эксплуатационных свойств формообразующие детали пресс-форм подвергают термической обработке — низкотемпературному цианированию на глубину 0,05…0,2 мм.