Проект цеха точного литья производительностью 500 тонн в год

СОДЕРЖАНИЕ РЕФЕРАТ ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ ВВЕДЕНИЕ

1. ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Обоснование места строительства проектируемого цеха

1.2 Производственная программа

1.3 Выбор режима работы цеха и расчёт фондов времени

1.4 Выбор сплавов и их характеристика

1.5 Модельный участок

1.5.1 Выбор и расчет оборудования для модельного отделения

1.6 Участок изготовления литейных форм

1.6.1 Выбор и расчет оборудования для нанесения огнеупорного покрытия

1.6.2 Оборудование для сушки огнеупорного покрытия

1.6.3 Выбор и расчет оборудования для выплавления модельного состава

1.7 Прокалочно-заливочное отделение

1.7.1 Выбор и расчет оборудования для прокалки форм

1.7.2 Расчет шихты

1.7.3 Выбор и расчет количества плавильных печей

1.7.4 Выбор и расчет парка ковшей

1.8 Отделение обрубки, очистки и термообработки отливок

1.8.1 Предварительная очистка блоков отливок от оболочки формы

1.8.2 Отделение отливок от литниковой системы

1.8.3 Окончательная очистка отливок

1.8.4 Исправление дефектов

1.8.5 Расчет оборудования для термообработки

1.9 Балансы материалов

1.9.1 Баланс металла

1.9.2 Баланс смесей

1.10 Расчет складов

1.11 Внутрицеховой транспорт

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Анализ конструкции детали и условий ее эксплуатации. Конструирование отливки

2.2 Обоснование выбора способа изготовления отливки

2.3 Выбор и обоснование места и уровня подвода металла

2.4 Выбор и обоснование конструкции литниково-питающей системы

2.5 Расчет элементов литниково-питающей системы

2.6 Проектирование и изготовление пресс-формы

2.7 Технологический выход годного

2.8 Изготовление моделей

2.8.1Требования к модельным составам

2.9 Изготовление литейной формы

2.9.1.Приготовление гидролизованного раствора этилсиликата

2.10 Плавка металла и заливка форм

2.10.1 Устройство индукционного плавильного комплекса

2.10.2 Футеровка тигля индукционной печи

2.10.3 Футеровка ковша

2.10.4 Выплавка стали в индукционном плавильном комплексе УИП-250−2,4−0,25 с кислой футеровкой

2.11 Контроль качества металла

2.12 Разработка технологического процесса изготовления отливки

2.13 Анализ возможных видов брака и меры их предотвращения

3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Организация труда и планирование численности персонала

3.2 Организация и расчёт заработной платы персонала

3.3 Расчёт капитальных вложений

3.4 Планирование себестоимости продукции

3.4.1 Калькуляция себестоимости годных отливок из стали

3.5 Технико-экономические показатели проекта

4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬНОСТИ

4.1 Безопасность труда

4.1.1 Общие положения

4.1.2 Микроклимат и тепловое излучение

4.1.3 Защита от теплового излучения

4.1.4 Производственное освещение

4.1.5 Безопасность труда на складах шихтовых материалов

4.1.6 Безопасность труда в плавильном отделении

4.1.7 Безопасность труда в обрубном отделении

4.1.8 Электробезопасность

4.1.9 Защита от повреждения механическим оборудованием

4.1.10 Защита от вибрации

4.1.11 Защита от шума

4.1.12 Запыленность, загазованность

4.1.13 Вентиляция

4.2 Чрезвычайные ситуации

4.2.1 Защита персонала от ЧС

5. ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

5.1 Оценка экологичности проекта БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

РЕФЕРАТ Ключевые слова: ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ, ИНДУКЦИОННАЯ ПЕЧЬ, ОТЛИВКА, ПРЕСС-ФОРМА, ЭТИЛСИЛИКАТ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕХА, СЕБЕСТОИМОСТЬ, ОХРАНА ТРУДА, ОХРАНА ПРИРОДЫ.

Цель работы — разработка проекта нового литейного цеха. Настоящий проект разработан согласно заданию на дипломное проектирование.

В данном дипломном проекте рассматривается проект цеха точного литья с установкой следующего оборудования:

индукционных печей УИП-250−2,4−0,25, шприц-машины для изготовления восковых моделей производства компании Cleveland Tool and Machine CTM-WI 15, бака с мешалкой для обмазки блоков модели 9190 и пескосыпа «кипящий слой» модели 9191 для нанесения огнеупорного покрытия Тираспольского завода ОАО «ЛитМаш», установки для сушки огнеупорного покрытия 683, бойлерклава производства компании LBBC Technologies для вытопки модельного состава, абразивоструйной машины модели PB1500PMB, а также дробемет модели SB1015A1.

Выбранное оборудование обеспечит экономически эффективное производство отливок.

В проектной части дипломного проекта приведена производственная программа литейного цеха и режим работы цеха. Произведен подбор и краткое описание необходимого оборудования. В технологической части предложен технологический процесс изготовления отливок способом литья по выплавляемым моделям. В экономической части дипломного проекта приведено экономическое обоснование проекта, приведены расчеты инвестиционных затрат, а также срока окупаемости цеха при внедренной технологии. В главе, посвященной охране труда, рассматриваются вопросы безопасности жизнедеятельности. Описываются условия труда работников, указаны классы условий труда, меры предупреждения и снижения вредных и опасных факторов производства. В пятой главе рассмотрена степень влияния производства на окружающую среду. Рассчитан класс опасности производства.

ВВЕДЕНИЕ

Литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) способ получения отливок в многослойных оболочковых неразъемных разовых формах, изготовляемых с использованьем выплавляемых, а также выжигаемых и растворяемых моделей однократного использования. Промышленное применение этого метода обеспечивает получение из любых литейных сплавов фасонных отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов со стенками, толщина которых в ряде случаев менее одного миллиметра, с высокой точностью размеров и чистотой поверхности. Указанные возможности метода позволяют максимально приблизить отливки к готовой детали, а в ряде случаев получить детали, не требующие дополнительной обработки. В результате значительно снижается трудоемкость и стоимость изготовления изделий, сокращается расход металла и инструментов, уменьшается энергоемкость производства, сокращается потребность в рабочих станочниках высокой квалификации, в станочном оборудовании и приспособлениях, производственных площадях.

Применение ЛВМ позволяет проектировать сложные тонкостенные детали, объединять отдельные детали в компактные цельнолитые узлы, уменьшая массу и габаритные размеры изделий, создавать конструкции, невыполнимые какими либо другими методами обработки.

В связи с большой номенклатурой производимых отливок высокая степень автоматизации этого производства нецелесообразна, поэтому снижение себестоимости продукции возможно с введением удешевленной комбинированной технологии. Данная технология позволяет получать высокое качество поверхности, со снижением затрат приходящихся на материалы используемые в производстве.

Экономичность и целесообразность применения способа ЛВМ определяется правильно подобранной номенклатурой отливок. Более рационально изготавливать мелкие, а также сложные и ответственные отливки, к которым предъявляются высокие требования по точности и чистоте поверхности.

1. ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Обоснование места строительства проектируемого цеха Для проектирования литейного цеха необходимо наличие развитой производственной и непроизводственной инфраструктуры. Сырьё и готовая продукция доставляются железнодорожным и автомобильным транспортом. Для доставки рабочих используют преимущественно автомобильный транспорт. Литейное оборудование потребляет большое количество электроэнергии. Таким образом, в производственную инфраструктуру литейного цеха входят автомобильные дороги, электрические сети, водопровод.

Непроизводственная инфраструктура включает жилые дома, учреждения и организации здравоохранения, образования, связи, социального обеспечения, сферы услуг и т. д. Создание непроизводственной инфраструктуры вместе с проектируемым предприятием ведёт к огромным затратам. Экономически в долгосрочной перспективе создание инфраструктуры может быть оправдано за счёт снижения затрат на транспортировку сырья или готовой продукции при неизменном спросе на неё. Прогнозировать спрос на длительный срок в современных условиях чрезвычайно опасно. Поэтому, исходя из всего вышесказанного, предлагается расположить цех на территории города Екатеринбурга в промышленном районе.

1.2 Производственная программа Производственная программа — это краткосрочный план работы литейного цеха на определенный период времени (обычно на год). Она содержит данные для планирования деятельности всех подразделений литейного цеха. Производственная программа составляется на основе технологической документации на каждый вид отливок. Планирование производственной программы литейного участка производится на основании заказов цехов предприятия.

Проектом цеха литья по выплавляемым моделям предусмотрено:

* годовой выпуск годного литья 500 тонн в год:

— Сталь 45Л;

— Сталь 35Л;

* номенклатура до 35 наименований.

Производственная программа предполагается стабильной по месяцам.

Приведённая производственная программа составлена по отливкам — представителям и представлена в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Производственная программа

1.3 Выбор режима работы цеха и расчёт фондов времени Режим работы литейного цеха и отдельных производственных участков определяется очерёдностью выполнения операций технологического процесса изготовления отливок. В литейных цехах применяются два основных вида режима работы:

— ступенчатый (последовательный) — с разделением операций во времени в неизолированном общем помещении. Этот режим преимущественно применяется в условиях индивидуального и мелкосерийного производства;

— параллельный — при котором все технологические операции выполняются одновременно на различных производственных участках.

Для данного цеха выбираем двухсменный параллельный режим работы с выходными и праздничными днями, дающий сокращение времени производственного цикла изготовления отливок, а также позволяющий рационально использовать оборудование и производственные площади цеха. Двухсменный режим выгоден также тем, что позволяет проводить профилактический осмотр и ремонт оборудования в течение третьей смены. Третья смена при этом используется для подготовки производства, наладки, ремонта оборудования и является резервом на случай необходимости увеличения выпуска продукции.

В соответствии с принятым режимом работы рассчитываем фонды времени работы оборудования, рабочих мест.

Номинальный фонд времени Т_н — полное время работы цеха, в течение которого должен работать цех без каких-либо потерь за исключением праздников и выходных дней (фонд времени рабочих мест):

Т_н=(К-В-П)•С•Ч (1)

где К — количество дней в году;

В — количество выходных дней в году;

П — количество праздников в году;

С — количество рабочих смен в сутки Ч — длительность рабочей смены.

Таблица 1.2

Баланс рабочего времени оборудования

Т_н=(К-В-П)•С•Ч=(365−104−11)•2•8 =4000 ч Действительный фонд времени — годовое время, в течение которого фактически работают рабочие, и производится работа на оборудовании или на рабочем месте при установленном в цехе режиме работ. Действительный фонд рабочего времени оборудования равен номинальному за вычетом времени на планово-предупредительные и капитальные ремонты. Точное время на планово-предупредительные ремонты неизвестно, оно планируется.

Действительный фонд времени работы оборудования рассчитывается с учетом коэффициента потерь рабочего времени К_п по формуле:

Т_д = Т_н(1-К_п), (2)

где К_п — коэффициент потерь времени работы оборудования.

Этот коэффициент в основном обусловлен простоями оборудования из-за поломок и, следовательно, зависит от интенсивности эксплуатации.

Таблица 1.3

Коэффициент потерь времени работы оборудования

Т_д = Т_н(1-К_п) = 4000(1−0,05) = 3800 ч — для индукционных печей;

Т_д = Т_н(1-К_п) = 4000(1−0,03) = 3880 ч — для термических печей;

Т_д = Т_н(1-К_п) = 4000(1−0,05) = 3800 ч — для автоматизированного оборудования;

Т_д = Т_н(1-К_п) = 4000(1−0,04) = 3840 ч — для механизированного оборудования.

1.4 Выбор сплавов и их характеристика Отливки по выплавляемым моделям изготавливают практически из всех литейных сплавов: углеродистых и легированных сталей, коррозионно-стойких и жаростойких сталей и сплавов, чугуна и цветных сплавов.

При литье по выплавляемым моделям наиболее часто применяют среднеуглеродистую сталь 35Л, из которой можно получать сложные тонкостенные отливки, в том числе крупногабаритные.

Сталь 35Л — относится к среднеуглеродистым сталям, которые в литейном производстве применяют для большинства стальных отливок, т.к. литейные свойства их несколько выше, чем низкоуглеродистых сталей: ниже температура плавления; выше жидкотекучесть; меньше образуется газов и не металлических включений в отливке; меньше опасности образования горячих трещин; меньше пригар на отливках. Однако пониженная теплопроводность стали, приводит к образованию повышенных напряжений.

Отливки по выплавляемым моделям изготавливают практически из всех литейных сплавов: углеродистых и легированных сталей, коррозионно-стойких и жаростойких сталей и сплавов, чугуна и цветных сплавов.

При литье по выплавляемым моделям наиболее часто применяют среднеуглеродистую сталь 35Л, из которой можно получать сложные тонкостенные отливки, в том числе крупногабаритные.

Сталь 35Л — относится к среднеуглеродистым сталям, которые в литейном производстве применяют для большинства стальных отливок, т.к. литейные свойства их несколько выше, чем низкоуглеродистых сталей: ниже температура плавления; выше жидкотекучесть; меньше образуется газов и не металлических включений в отливке; меньше опасности образования горячих трещин; меньше пригар на отливках. Однако пониженная теплопроводность стали, приводит к образованию повышенных напряжений. Химические и механические свойства сталей указаны в таблицах 1.4 и 1.5 соответственно.

Таблица 1.4

Химические свойства сталей

Таблица 1.5

Механические свойства сталей

1.5 Модельный участок Выплавляемые модели изготовляют запрессовкой модельного состава в пресс-формы. Модельные составы, запрессовываемые в пресс-формы, образуют модели с гладкой поверхностью, которые затем вручную припаиваются на стояк, с помощью питателей. К свойствам модельных составов предъявляют комплекс требований, которые могут иметь существенные различия в зависимости от конфигурации, размеров и назначения отливок, необходимой размерной точности их и качества поверхности, масштабов и характера производства, принятого технологического варианта процесса изготовления оболочек форм, требований к уровню механизации и экономическим показателям производства. Требования во многом определяются также природой и свойствами самого модельного состава. Необходимо, чтобы свойства составов обеспечивали получение высококачественных моделей при одновременной технологичности составов. Большинство используемых модельных составов обеспечивает получение качественной поверхности модели и точного воспроизведения внутренней полости пресс-форм. При правильном выборе коэффициента усадки размеры модели также удается получить с достаточной точностью. Наиболее трудно гарантировать точную геометрическую форму, так как модельный состав при затвердевании изменяет размер. Всем вышеперечисленным условиям удовлетворяет модельный состав ПС 50−50 — он и будет использоваться в проектируемом цехе.

1.5.1 Выбор и расчет оборудования для модельного отделения Для приготовления модельного состава из материалов с температурой плавления не выше 90? С будет использована шприц-машина для изготовления восковых моделей производства американской компании Cleveland Tool and Machine с инжекционной запрессовкой CTM-WI 15, производительностью 0,59 м³/ч. Необходимое количество оборудования для приготовления модельной массы можно рассчитать по формуле:

(3)

где Q — годовая потребность в модельном составе с учетом брака, т;

q — производительность установки, мі/ч;

Т_д — действительный годовой фонд рабочего времени оборудования, ч;

с_м — плотность модельного состава, кг/мі (с_м =0,9)

Принимаем количество установок CTM-WI 15 — 1.

Технические характеристики шприц-машины CTM-WI 15 для прессования восковых моделей:

— усилие смыкания пресса, т: 0−13,6

— скорость закрытия/открытия пресса, мм/сек: 38

— ёмкость бака для модельного состава, л: 28

— объем разового впрыска, см³: 1639

— давление на материал при впрыске, бар: 6

— максимальная скорость впрыска, см³/сек: 163

— время цикла впрыска, сек: 0−999

— давление в гидросистеме, бар: 138

— ёмкость бака гидросистемы, л: 38

— масса (в стандартной комплектации), кг: 1600

— габаритные размеры, мм: 1980×1750

1.6 Участок изготовления литейных форм Стенки оболочковой формы, изготовленной по методу ЛВМ, представляют собой прочную керамическую корочку, полученную в результате нанесения на модель нескольких слоев суспензии и обсыпки. Суспензия представляет собой смесь жидкого связующего и огнеупорного наполнителя. Обсыпкой является огнеупорный сыпучий материал. В качестве суспензии будет использоваться этилсиликатное покрытие, в состав которого в качестве связующего входит гидролизованный этилсиликат ГС-40 (массовая доля: 30−40%), а в качестве огнеупорного материала — пылевидный кварц (массовая доля: 60−70%).

Формовочные смеси для литья по выплавляемым моделям стали представляют собой суспензию, состоящую из жидкой фазы — связующего, и твердой фазы — огнеупорного материала с определенной величиной зерна.

1.6.1 Выбор и расчет оборудования для нанесения огнеупорного покрытия Для нанесения огнеупорной суспезнии на блоки будет использоваться агрегат 9190 — бак с мешалкой для обмазки блоков, Тираспольского завода ОАО «ЛитМаш».

Для расчета количества агрегатов используется формула:

(4)

где Q — годовая потребность суспензии с учетом брака, т;

q — производительность установки, мі/ч;

Т_д— действительный годовой фонд рабочего времени оборудования, ч.

Выбираем 2 установки для нанесения огнеупорного покрытия.

Технические характеристики установки 9190:

— габаритные размеры, мм: 1035×950×1540

— производительность, кг/ч: 90

— вместимость, м³: 0,063

— установленная мощность, кВт: 1,5

— масса, кг: 450

Для нанесения огнеупорного покрытия на модельные блоки будет использоваться два агрегата модели 9191 — пескосып «кипящий слой» Тираспольского завода ОАО «ЛитМаш».

Технические характеристики установки 9191:

— габаритные размеры, мм: 920×745×1170

— вместимость, м³: 0,132

— расход сжатого воздуха, м³/ч: 2

— масса, кг: 170

1.6.2 Оборудование для сушки огнеупорного покрытия Выбираем установку сушки блоков для послойного отверждения и сушки огнеупорного покрытия на основе этилсиликата модели 683 (4 штуки — для увеличения скорости процесса). Способ сушки — вакуумно-аммиачный.

Техническая характеристика установки 683:

— производительность — 12 блоков/час;

— габаритные размеры, мм: длина — 1000;

ширина — 1300;

высота — 2000.

1.6.3 Выбор и расчет оборудования для выплавления модельного состава Для вытопки восковых моделей будет использоваться Бойлерклав производства компании LBBC Technologies. Вследствие быстрого (за 3−4 секунды до 6 бар) набора давления пара и температуры в рабочей камере расплавление воска по границе раздела «воск-керамика» происходит прежде, чем начнется объемное расширение модельной массы в форме, благодаря чему сводится к минимуму растрескивание керамических форм. Вторым фактором, снижающим вероятность растрескивания керамических оболочковых форм в результате объемного расширения модельной массы, является то, что высокое рабочее давление пара в камере (порядка 9,0 — 9,5 бар) сжимает керамическую форму снаружи, противодействуя ее растяжению из-за объемного расширения модельной массы.

Расчет количества оборудования производится по формуле:

(4)

где Q — годовая потребность в блоках с учетом брака, шт;

q — производительность установки, блок/ч;

Т_д— действительный годовой фонд рабочего времени оборудования, ч Выбираем 1 установку для выплавки модельного состава.

Технические характеристики установки:

— габаритные размеры, мм: 3160×3770×2470

— производительность, блок/ч: 105

— установленная мощность, кВт: 4

— масса, кг: 3500

1.7 Прокалочно-заливочное отделение

1.7.1 Выбор и расчет оборудования для прокалки форм Для прокалки форм будут использоваться электропечи сопротивления камерные типа ПВО. Данные печи предназначены для обжига керамики, огнеупоров и других материалов. Печи оборудованы распашной дверью и выкатным подом. Перемещение пода осуществляется вручную по рельсовым направляющим на двух колесных парах, с помощью специальной рукоятки. Для улучшения теплоизоляции под печи оснащен песчаным затвором. Рассчитываем требуемую производительность оборудования, принимая n=3:

(5)

где Q — годовая потребность огнеупорного покрытия с учетом брака, т;

Т_д— действительный годовой фонд рабочего времени оборудования, ч;

n — количество печей.

В цехе будут установлены электропечи с выкатным подом для обжига ПВО-1,2−500.

Технические характеристики ПВО-1,2−500:

— Т_макс,°С: 1200

— рабочее пространство (шир/дл/выс), мм: 600/1000/800

— габаритные размеры (шир/дл/выс), мм: 1290/2580/1835

— мощность / напряжение, кВт/В: 30/380

— масса печи, кг: 1200

1.7.2 Расчет шихты Шихту рассчитывают, пользуясь следующими исходными данными: требуемый химический состав, химический состав шихтовых материалов, угар элементов.

Расчет шихты будет производиться на примере марки стали 35Л. Для выплавки стали в проектируемом цехе будут использоваться индукционные тигельные печи, емкостью 0,25 т. Расчёт шихты для приготовления сплава 35Л производится на 100 кг сплава. Процесс плавки протекает быстро. Химический состав сплава 35Л и его угар указаны в таблицах 1.6 и 1.7 соответственно.

Таблица 1.6

Химический состав сплава 35Л (ГОСТ 977−88)

Расчёт шихты производим на средний химический состав сплава, % масс: углерод — 0,36; марганец — 0,65; кремний — 0,27.

Таблица 1.7

Угар элементов

Расчет шихты ведется на основные элементы, и проверяют на допустимую величину вредных примесей.

При расчёте шихты главным образом учитывается угар элементов, который отображается по формуле:

(6)

где Кшрасчетное содержание компонента в шихте, кг;

Кс — заданное содержание компонента в сплаве, кг;

У — принимаемый угар, %.

Химический состав шихтовых материалов указан в таблице 1.8.

Таблица 1.8

Химический состав шихтовых материалов

Расчет содержания Si:

Требуемое содержание в отливках 0,27% Si (У=15).

Кш = 0,27*100/(100−15) = 0,32% или 0,32 кг.

Вносится Si в шихту с возвратом: 0,27*60/100 = 0,162 кг.

Вносится Si в шихту со стальным ломом: 0,3*32/100 = 0,09 кг.

Вносится Si в шихту со стальной стружкой: 0,35*9/100 = 0,0315 кг.

Следует ввести Si в шихту с ферросилицием:

0,32−0,162−0,09−0,0315=0,0365 кг.

Требуется ферросилиция 0,0365*100/77 = 0,05 кг.

Расчет содержания Mn:

Требуемое содержание в отливках 0,65% Mn (У= 40).

Кш = 0,65*100/(100−40) = 1.08% или 1.08 кг.

Вносится Mn в шихту с возвратом: 0,65*60/100 = 0,39 кг.

Вносится Mn в шихту со стальным ломом: 0,8*32/100 = 0,24 кг.

Вносится Mn в шихту со стальной стружкой: 0,9*9/100 = 0,081 кг.

Следует ввести Mn в шихту с ферромарганцем:

1,08−0,39−0,24−0,081= 0,369 кг.

Требуется ферромарганца 0,369*100/75 = 0,5 кг.

Расчет содержания Fe:

Железо является основным компонентом сплава, содержание, его должно быть 98,72% или 98,72 кг. (у = 2).

Кш = 98,72*100/(100−2) = 100,7% или 100,7 кг.

Вносится Fe в шихту с возвратом: 98.7*60/100 = 59.22 кг.

Вносится Fe в шихту с ФМn 88: 12*0,5/100 = 0,06 кг.

Вносится Fe в шихту со стальной стружкой: 98.31*9/100 = 8.8 кг.

Следует ввести Fe в шихту со стальным ломом:

100,7−59,22−8,8−0,06 = 32,6 кг.

Требуется стального лома 32,6*100/98,5 = 32 кг.

Расчет содержания С:

Требуемое содержание в отливках 0,36% С (У=10).

Кш = 0,36*100/(100−10) = 0,4% или 0,4 кг.

Вносится С в шихту с возвратом: 0,36*60/100 = 0,22 кг.

Вносится Mn в шихту со стальным ломом: 0,35*32/100 = 0,15 кг.

Следует ввести С в шихту со стальной стружкой:

0,4−0,22−0,15 = 0,032 кг.

Требуется стальной стружки 0,032*100/0,44 = 7,44 кг.

В процессе выплавки стали в индукционных печах металл содержит некоторое количество кислорода, для снижения содержания которого производят раскисление. Для раскисления нашего сплава вводим в металл гранулированный алюминий, в расчете 0,01% от веса чистого металла. Алюминий является очень сильным раскислителем. Присадки алюминия в металл позволяют полностью избежать возникновения пористости отливок вследствие окисления углерода и выделения пузырьков окиси углерода.

Значит, при завалке шихты на 100 кг приготовляемого сплава составляющие необходимы в следующем количестве:

Стальной лом = 39,44 кг.

Ферромарганец = 0,5 кг.

Ферросилиций = 0,05.

Возврат собственного производства = 60 кг.

Гранулированный алюминий — 0,01 кг.

1.7.3 Выбор и расчет количества плавильных печей Для оборудования дискретного действия рассчитываем количество единиц, а для оборудования непрерывного действия — производительность.

Для индукционной тигельной печи рассчитываем требуемую производительность оборудования по формуле (5), принимая n=2:

где Q — годовая потребность в металле, т;

n — количество печей, шт;

Т_д — действительный фонд времени.

Количество плавильных агрегатов рассчитывается по формуле (7):

(7)

где Q — потребное количество жидкого металла для обеспечения производственной программы, т.;

Тддействительный годовой фонд времени работы оборудования, час;

V — ёмкость оборудования;

Т — такт работы оборудования.

Необходимое количество составит:

Выбираем две печи УИП-250−2,4−0,25 производства ЗАО «РЭЛТЕК».

Технические характеристики установки УИП-250−2,4−0,25 указаны в таблице 1.9.

Таблица 1.9

Технические характеристики УИП-250−2,4−0,25

1.7.4 Выбор и расчет парка ковшей Для приема металла из печи УИП-250−2,4−0,25, транспортировки его к месту расположения форм и заливке стали в формы используется чайниковый ковш, емкостью 40 кг.

Расчет ковшей, одновременно работающих, проводим по формуле:

(8)

где q — производительность плавильной печи, т/ч;

Твремя оборота ковша, мин;

N_n — число одновременно работающих печей, шт

m — емкость ковша, т

Принимаем, что будет использоваться один ковш. Кроме того, один ковш будет находиться в резерве.

1.8 Отделение обрубки, очистки и термообработки отливок В данном отделении последовательно осуществляются следующие операции:

— первичная очистка отливок;

— отделение отливок от литниковой системы;

— предварительная проверка отливок;

— подготовка под заварку и заварка дефектов;

— термическая обработка отливок;

— выполняется вторичная дробеметная обработка;

— правка отливок и проверка качества.

1.8.1 Предварительная очистка блоков отливок от оболочки формы

q = Q/Tд*n = 143 954/(3800*1) = 38 блоков/час;

Исходя из расчётов, выбираем одну «Установка для отделения керамики модели 6А92».

Разрушение остатков керамической формы и удаление их с поверхности блока в цехе будет производиться на установке для удаление керамики 6А92, представляющий собой механизм имеющий звукоизолирующую станину, внутри которой закреплен цилиндр с направляющими траверсами, грязесборник, отбойный механизм, регулируемый упор и плиту со сменными вставками .

Характеристика установки приведена в таблице 1.10.

Таблица 1.10

Техническая характеристика установки модели 6А92

1.8.2 Отделение отливок от литниковой системы Отделение отливок от стояка осуществляется на отрезных станках с вулканитовыми кругами заводского изготовления.

Станок состоит из станины, зажимного устройства, суппорта для перемещения блока отливок относительно вращающегося вулканитового круга. На станине имеется склиз, примыкающий к лотку, для удаления срезанных отливок. Блок отливок устанавливается между штоками правого и левого цилиндров. При движении суппорта в направлении вращающегося вулканитового круга происходит срезание отливок от стояка.

В случае, когда отливку не возможно отделить от стояка при помощи отрезного станка, применяем газовую резку либо отрезные вулканитовые круги.

1.8.3 Окончательная очистка отливок Окончательная очистка отливок будет проходить в напорном кабинете компании PanBlast. Модель PB1500PMBэто автономная законченная абразивоструйная машина с циклоном и пылеуловителем. Все операции по абразивоструйной очистке выполняются внутри рабочей камеры. Пыль, извлеченная из кабинета во время дробеструйной очистки, осаждается в пылеуловителе, затем отводится.

Установка оснащена загрузочным поворотным столом с направляющими рельсами.

Технические характеристики установки PB1500PMB:

Габаритные размеры (высота, ширина, глубина мм): 2120×2200×2000

Размеры рабочей зоны (ширина, глубина, высота, мм): 1500×1200×900

Расход воздуха, м³/мин: 1,27−6,9

Давление, атм: 3,5−7

Масса, кг: 700

Грузоподъемность стола, кг: 250

Так же для очистки отливок будет использоваться дробемет модели SB1015A1.

Характеристики модели:

Габаритные размеры (шир/дл/выс, мм): 2458/2078/1861

Диаметр барабана, мм: 1000

Расход дроби кг/мин: 120

Общая мощность, кВт: 9,7

Максимальная масса загрузки, кг: 300

Скорость вращения барабана, об/мин: 3

1.8.4 Исправление дефектов Исправлять дефекты целесообразно если затраты на исправление забракованной отливки меньше стоимость её изготовления вновь. Наружные раковины могут быть заварены. Заварку следует производить методом электросварки, используя электроды из сплава отливки. Место заварки необходимо зачистить слесарным путём до чистого металла. После заварки следует произвести слесарную зачистку. Для снятия напряжений отливки рекомендуют произвести термообработку. Трещины и спаи заваркой исправлять не рекомендуется.

Слесарная доводка может применяться для исправления отклонений отдельных размеров отливки от чертежа в пределах поля допуска других размеров, связанных с исправлением, а также для исправления дефектов поверхности отливок (корольков и др.). Доводка осуществляется слесарными инструментами и абразивными кругами.

Коробление отливок может быть исправлено правкой. После правки необходимо провести термическую обработку для снятия напряжений

1.8.5 Расчет оборудования для термообработки После отчистки отливок в дробеструе, отливки поступают на термическую обработку, которую применяют для получения необходимых механических свойств, для снятия внутренних напряжений в отливках. Грубозернистая структура и внутренние напряжения снижают механические свойства металла. Для углеродистых сталей применяют нормализацию, которая заключается в нагреве отливок до температуры отливок 900єС, выдержки и охлаждения с заданной скоростью на воздухе.

Нормализацией называют разновидность термической обработки, близкой к полному отжигу и отличаются от него тем, что сплав после выдержки охлаждают на воздухе.

Отливки из углеродистых сталей подвергают нормализации для исправления структуры, улучшения механических свойств и обрабатываемости резанием. Так как при нормализации структура получается более мелкой и равномерной по сравнению с отжигом, то и механические свойства стали 35Л после нормализации улучшаются.

Для термообработки отливок, полученных по выплавляемым моделям, можно применять любые термические печи. Независимо от способа нагрева (электричеством или газом) и конструкции печей (камерные, методические, шахтные или конвейерные) необходимо выдержать условие без окислительного нагрева, так как отливки имеют небольшие припуски и чистую поверхность.

Для термообработки будет использоваться электропечь с выкатным подом для термообработки ПВТ -1,2- 1000 компании УРАЛЭЛЕКТРОПЕЧЬ.

Необходимое количество оборудования определяется по формуле (4):

где Q — масса отливок на годовую программу;

q — производительность печи;

Т_д — действительный фонд времени работы печи.

Принимаем, что в цехе будут установлены 2 печи ПВТ -1,2−1000.

Технические характеристики ПВТ -1,2−1000

— Т_макс,°С: 1200

— рабочее пространство (шир/дл/выс), мм: 680/1600/800

— габаритные размеры (шир/дл/выс), мм: 1430/4660/1875

— мощность / напряжение, кВт/В: 75/380

— масса печи, кг: 2100

После термообработки отливки проходят повторную очистку в дробеметной и дробеструйной установке для удаления окалины и придания внешнего вида.

1.9 Балансы материалов Литейный цех, как любая производственная система, перерабатывает сырьевые материалы в готовую продукцию и отходы. Особенность литейного производства состоит в наличии технологических циклов, благодаря чему большинство материалов в производственном процессе используются многократно. Основным сырьем литейного цеха являются металлы, шлакообразующие и формовочные материалы. Шлакообразующие материалы используются однократно и полностью переходят в шлак. Таким образом, баланс материалов литейного цеха обыкновенно разделяют на две части: баланс металла и баланс смеси.

1.9.1 Баланс металла Баланс металла составляется на основе расчета шихты в абсолютных показателях от металлозавалки. Выход металла рассчитывается из производственной программы и особенностей технологического процесса.

Баланс металла для стали марки 35Л представлен в таблице 1.11.

Таблица 1.11

Баланс металла для стали марки 35Л

1.9.2 Баланс смесей Баланс формовочной смеси составляется на основе рецептов смеси в абсолютных показателях от годовой потребности. Баланс формовочной смеси представлен в таблице 1.12.

Таблица 1.12

Баланс формовочной смеси

1.10 Расчет складов Запас материалов на складе складывается из:

— расходуемого запаса q_рас, рассчитываемого по формуле Уилсона:

(9)

где Q — годовой объем потребления материала;

Е — условно-постоянные затраты на поставку;

Ц — цена материала;

i — годовые потери оборотных средств при хранении материала на складе (10%).

— резервного запаса на случай перебоев с поставкой материалов q_рез, рассчитываемого на две недели работы цеха по формуле:

(10)

Для расчета площади склада используется формула

(11)

где q — запас материала на складе (q = q_рез+ q_рас);

— насыпная плотность материала.

Расчет складов представлен в таблице 1.13.

Таблица 1.13

Расчет складов

Затраты на поставку:

— автомобильный транспорт: 120 т.р. в месяц.

1.11 Внутрицеховой транспорт Подача сырья в цех и вывоз готовой продукции осуществляется автомобильным транспортом.

Цех оборудован кранами грузоподъемностью 1 т, которые предназначены для транспортировки, выгрузки и складирования материалов. Также, краны необходимы для складирования и погрузки готовой продукции, а так же проведения ремонтных работ.

Рассчитаем минимально необходимое количество кранов для бесперебойной работы цеха:

(12)

где Q_i — объем (масса) грузопотока i-го компонента в год;

V_i — масса (объем) загрузки ТС i-м грузом;

Т_i — время перемещения i-го груза и возврата ТС в исходное положение.

Т_i рассчитывается по формуле :

(13)

где Li — расстояние транспортировки i-го груза;

х — скорость крана (30−60 м/мин);

t — время погрузочно-разгрузочных работ.

Рассчитаем количество кранов, необходимое для транспортировки материалов:

Из расчёта следует, что для выполнения производственной программы достаточно и одного крана. Но в связи с особенностями планировки будут использоваться 2 кран балки.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Анализ конструкции детали и условий ее эксплуатации. Конструирование отливки Деталь «Корпус» имеет габаритные размеры:100Ч70Ч100, масса 0,6 кг. Отливка является тонкостенной. Изготавливается из конструкционной среднеуглеродистой стали 35Л.

При разработке конструкции отливки необходимо учитывать, что ее нужно изготовить с минимальными затратами, включая механическую обработку. В зависимости от назначения и требований к качеству по ГОСТ 977–88 отливку «Корпус» относится к первой группе. Данные отливки не воспринимают большие нагрузки, их конфигурации и размеры определяются конструктивными и технологическими соображениями. Осуществляется контроль трех параметров: внешний вид, геометрические размеры, химический состав.

Припуск на механическую обработку 1,0−1,5 мм. Предельное отклонение на литейные размеры по 3 классу точности согласно ГОСТ 2009;55.

Точность размеров отливки оценивается по отклонению действительного размера от номинального. Эти отклонения складываются из допусков на размеры полости пресс-формы, колебания оболочки при прокалке, модели при вытопки. Суммируя все погрешности согласно ГОСТ 26 645–85, допуск соответствует 5−7 классу точности.

Шероховатость отливки складывается из шероховатости поверхности модельной оснастки; размеров частиц формообразующих материалов, а именно первого облицовочного слоя; способности суспензии смачивать поверхность модельного блока; смачиваемости расплава поверхности литейной формы. Согласно ГОСТ 2789–73 отливка имеет шероховатость Rz 80.

Для извлечения модели из полости пресс-формы на поверхности выполняются уклоны до 1 по ГОСТ 3212–80.

2.2 Обоснование выбора способа изготовления отливки Литье по выплавляемым моделям — метод получения отливок в неразъемных разовых формах, преимущественно оболочковых, обладающих повышенной точностью.

Изготавливая данную отливку методом ЛВМ, мы сможем максимально приблизить отливку по форме и размерам к готовой детали, а в ряде случаев получить литую деталь, дополнительная обработка которой перед сборкой не требуется. Вследствие этого резко снижаются трудоемкость и стоимость изготовления изделий, уменьшается расход металла и инструмента, экономятся энергетические ресурсы, сокращается потребность в рабочих высокой квалификации, в оборудовании, приспособлениях, производственных площадях. Метод позволяет изготавливать сложные тонкостенные отливки (5мм). Так же мы можем изготовить отверстия (10мм) литьем, без применения стержней. Метод позволяет получать отливки с высокой точностью и хорошим качеством поверхности.

Применение литья по выплавляемым моделям открывает перед конструкторами возможности проектировать сложные тонкостенные конструкции, объединять различные детали в компактные цельнолитые узлы, уменьшая массу и габариты изделий, создавать детали, невыполнимые каким-либо другим методом обработки.

Применение высокоогнеупорных и термостойких материалов для изготовления оболочковых форм, пригодных для нагрева до температуры выше температуры плавления литейного сплава и быстрого охлаждения без деформаций и разрушений, позволяет эффективно использовать методы направленной кристаллизации, получать высоко герметичные отливки и получать монокристаллические изделия.

2.3 Выбор и обоснование места и уровня подвода металла Правильный выбор места подвода металла должен обеспечивать хорошее заполнение формы металлом и качественное питание отливок в процессе затвердевания. При этом должен реализовываться принцип направленного затвердевания.

Поэтому металл подводим в массивную часть отливки. Такой подвод металла обеспечивает заполнение отливки без образования усадочных дефектов.

При выборе места подвода металла руководствуемся следующими рекомендациями:

— следует обеспечить подвод металла в такие места отливки, разогрев которых будет способствовать усилению направленного затвердевания;

— если в отливке могут образовываться внутренние напряжения, то следует подводить металл таким образом, чтобы уменьшились температурные перепады в ее частях;

— следует стремиться к созданию одностороннего движения металла в форме, т. е. питатели размещать так, чтобы направление движения металла было в одну сторону и было исключено встречное движение струй;

— подвод металла к отливке следует подводить в массивные части, так как литниково-питающая система является прибылью;

— следует стремиться к осуществлению подвода металла в форму при заполнении ее наиболее коротким путем.

2.4 Выбор и обоснование конструкции литниково-питающей системы Особенность литниково-питающих систем при литье по выплавляемым моделям состоит в том, что она выполняет три основные задачи:

1. В процессе изготовления блока моделей и оболочки литейной формы литниковая система является несущей конструкцией, удерживающей на себе модели и оболочку.

2. В процессе заливки она представляет собой систему каналов, через которые металл подводится к отливке.

3. В период затвердевания отливки литниково-питающая система выполняет роль прибыли.

ЛПС при литье по выплавляемым моделям строят из традиционных элементов: литниковых воронок, стояков, зумпфов и литниковых ходов, прибылей и коллекторов. Благодаря, характерной для литья по выплавляемым моделям, неразъемной форме указанные конструктивные элементы удается расположить наиболее эффективно, максимально используя объем формы.

При выборе ЛПС необходимо стремиться к соблюдению следующих принципиальных положений, направленных на получение годных отливок и на экономичность их производства:

1. Обеспечивать принцип направленного затвердевания, т. е. последовательного затвердевания от наиболее тонких частей отливки через массивные узлы к прибыли, которая должна затвердевать последней;

2. Наиболее протяженные стенки и тонкие кромки ориентировать в форме вертикально, т. е. наиболее благоприятно для их спокойного и надежного заполнения;

3. Создавать условия для экономичного и механизированного производства отливок, в том числе: унификацию типоразмеров ЛПС и их элементов с учетом эффективного использования оснастки, имеющегося технологического оборудования, печей; возможность применения модельных блоков и форм; удобство выполнения и минимальный объем механической обработки при отрезке отливок и последующем изготовлении из них деталей.

Для нашей отливки лучше всего будет применить литниково-питающую систему 1-го типа, где питающий элемент — центральный стояк. ЛПС этого типа представляет собой стояк компактного сечения, непосредственно к которому с разных сторон присоединяются небольшие отливки с двумя индивидуальными питателями. Центральный стояк является одновременно и литниковым ходом, и коллективной прибылью, а питатели соответственно выполняют и роль шеек прибылей. Сечение стояка имеет квадратную форму. Это сделано для удобства наплавки моделей на стояк.

Центральное расположение стояка обуславливает естественное замедление его охлаждения и способствует направленному затвердеванию периферийно расположенных отливок. Зумпф в нижней части стояка смягчает отрицательное действие механического и теплового ударов, имеющих место в начальный момент заливки.

Центральный стояк служит основой для создания комплексно-механизированного технологического процесса производства небольших отливок. Применение унифицированного металлического каркаса в качестве несущей конструкции обеспечивает удобство звеньевой сборки модельного блока и его высокую прочность при изготовлении оболочковой формы. Уже в отлитом блоке центральный стояк надежно закрепляется в приспособлениях станков при очистке и отрезке отливок.

2.5 Расчет элементов литниково-питающей системы Расчет размеров элементов литниково-питающих систем в случае, когда требуется получить плотные отливки с повышенными механическими свойствами, рекомендуется производить по методике, разработанной М. Л. Хенкиным на основе обширных экспериментальных исследований. Данная методика может быть использована для расчета элементов ЛПС 1 — 3, 7 типов.

Методика предусматривает подвод металла к наиболее массивным узлам отливки.

Исходными данными для определения размеров элементов литниково-питающей системы является приведенная толщина массива отливки (узла питания) и масса отливки.

Расчет размеров питателя или стояка производится по формуле (14):

(14)

где z — приведенная толщина узла питания отливки (отношение объема массива отливки к его поверхности); приведенные толщины массивов отливок могут быть определены по формулам;

Q — масса отливки в г;

lп — длина питателя;

п — приведенная толщина сечения питателя (отношение площади сечения питателя к его периметру);

ст — приведенная толщина сечения стояка (отношение площади сечения стояка к его периметру).

В формуле (14) через приведенные толщины п, ст и z, а также вес отливки Q отражена зависимость между размерами литниковой системы и размерами узла питания (термического узла), а также между размерами самих элементов литниковой системы (стояка и питателя).

По формуле (14) рассчитаны размеры литниковых систем для значительного количества стальных отливок. Полученные данные после производственной проверки сведены в таблицы, которые позволяет определить размеры элементов литниково-питающих систем, не прибегая к расчетам.

Нам необходимо рассчитать размеры элементов литниково-питающей системы для отливки «Корпус»; материал — сталь 35Л; масса отливки Q = 0,6 кг.

Находим приведенную толщину массивного узла отливки z: