Аннотация
Головко Б.В. Цех производства отливок из сплавов черныхметаллов по номенклатуре ЗАО ЧСДМ, годовой производительностью 12000 тонн в год.– Челябинск: ЮУрГУ, ФМ- 516, 2011. — 40 с. Библиография литературы – 7наименований, 1 лист чертежей ф. А1.
В курсовом проекте спроектирован современный цех попроизводству отливок из сплавов черных металлов производительностью 12000 тоннгодного литья в год и также рассчитана производственная программа этого цеха.
В соответствии с производственной программой выбрано ирассчитано оборудование плавильного, формовочно-заливочно-выбивного,стержневого и термообрубного отделений, с помощью которого можно достичьзаданной производительности цеха.
Дано описание технологических процессов выплавки стали,приготовления формовочных и стержневых смесей, изготовления форм и стержней, атакже термической обработки отливок.
Рассчитаны необходимые площади складов для хранениянормативного запаса шихтовых и формовочных материалов.
Содержание
Введение
1. Режимы работы и фонды времени
2.Расчет производственных отделений литейного цеха
2.1Плавильное отделение
2.1.1Расчет ведомости расхода металла на залитые формы
2.1.2Выбор типа плавильных агрегатов
2.1.3Расчет ведомости баланса металла
2.1.4Расчет шихты и ведомости расхода шихтовых материалов
2.1.5Расчет количества плавильных агрегатов
2.2Расчет формовочно-заливочно-выбивного отделения
2.2.1Выбор технологического процесса изготовления литейных форм
2.2.2Расчет ведомости изготовления и сборки форм
2.2.3Расчет числа автоматических формовочных линий
2.2.4Выбор вместимости раздаточных ковшей и расчет их парка
2.3Проектирование стержневого отделения
2.3.1Выбор технологического процесса изготовления стержней
2.3.2Расчет ведомости изготовления стержней
2.3.3Расчет числа стержневых линий
2.4Проектирование смесеприготовительного отделения
2.4.1Расчет оборудования для приготовления формовочной смеси
2.5Проектирование термообрубного отделения
2.5.1Выбор и расчет оборудования термообрубного отделения
2.6Расчет площади складов литейного цеха
2.7Внутрицеховой транспорт
2.8 Цеховыелаборатории
2.9 Технический контроль производства
Литература
Введение
Литье является однимиз наиболее распространенных способов производства заготовок для деталей машин.Примерно около 70% заготовок (по массе) получают литьем, а в некоторых отрасляхмашиностроения, например в станкостроении, 90—95%. Широкое распространениелитейного производства объясняется большими его преимуществами по сравнению сдругими способами производства заготовок (ковкой, штамповкой). Литьем можнополучить заготовки практически любой сложности с минимальными припусками наобработку. Это очень важное преимущество, так как сокращение затрат наобработку резанием снижает себестоимость изделий и уменьшает расход металла.Кроме того, производство литых заготовок значительно дешевле, чем, например,производство поковок.
Литейное производство оказывает большое влияние накачественные показатели и надежность современных машин и оборудования.
Развитие техники предъявляет свои требования к качествулитых заготовок. Современные отливки должны иметь высокие и регламентированныемеханические свойства, физические и химические характеристики, а также высокуюточность при минимальной толщине стенок и массе.
Производственная программа цеха
В соответствии с уточнённой номенклатурой отливок произведёмрасчёт точной производственной программы при проектировании цеха стального ичугунного литья производительностью 12000 тонн в год. Точная производственнаяпрограмма приведена в таблице 1.
Точная программа предусматривает разработку технологическихданных для каждой отливки и применяется при проектировании цехов с устойчивой номенклатуройотливок.
Таблица 1 – Точная производственная программа № Наименование отливки Марка Масс Годовая программа шт. Масса отливок в год, кг 1 Корпус 029 179,2 1000 179200 2 Крышка 102,5 2693 276000 3 Корпус 059 21,51 1000 21510 4 Корпус 001-1 43 9000 387000 5 Стакан 12,3 9999 122987,7 6 Корпус 081 137 10000 1370000 7 Корпус 201 139,5 2200 306900 8 Корпус КПП 230 8597 1977310 9 Картер СЧ-20 130 370 48000 10 Крпус 401 141 2200 310200 11 Корпус подвес 25Л 56 8000 448000 12 Кронштейн пр 44 6000 264000 13 Кронштейн л 40,5 6000 243000 14 Стойка лев. 75,2 3999 300724,8 15 Стойка пр. 75,2 4000 300800 16 Корпус 090 90 27819 2503710 17 Опора прав 15,11 17000 256870 18 Корпус 064 105 7999 839895 19 Рычаг 127 7000 889000 20 Корпус торм 106 9000 954000 /> /> /> /> /> /> />
1.Режимы работы и фонды времени
В литейных цехах серийного производства отливок применяетсяпараллельный режим работы, заключающийся в выполнении всех технологическихопераций одновременно на разных производственных площадях и участках литейногоцеха разными рабочими и машинами.
Проектируемый цех работает по двухсменному графику работы.Продолжительность рабочей недели составляет 40 часов.
Календарный фонд времени для оборудования составляетФК=356·24=8760 ч/год.
Номинальный фонд времени (ФН) – это время, в течениикоторого по принятому режиму должно работать оборудование без учета потерьвремени. При двухсменном режиме работы ФН=4036 ч/год.
Действительный фонд времени определяется путем исключения изноминального фонда неизбежных потерь, связанных с возможными ремонтамиоборудования и плановым обслуживанием его. Действительный фонд времениавтоматизированных формовочных и стержневых линий ФД=3645 ч/год, дуговых печейдля плавки стали ФД=3890 ч/год, оборудования для приготовления формовочнойсмеси, а так же оборудование термообрубного участка ФД=3645, действительныйфонд времени термической печи составляет ФД=5691.
2. Расчет производственныхотделений литейного цеха
2.1 Плавильное отделение
2.1.1 Расчет ведомости расходаметалла на залитые формы
Основой для расчета плавильного отделения является ведомостьрасхода металла на залитые формы, которая составляется на основе программы цехаи данных техпроцессов.
Ведомость расхода металла на залитые формы проектируемогоцеха представлена в таблице 2.
Количество отливок в год с учетом брака – А (графа 9, табл. 2)определяется по формуле:
/> (1)
где Г – годовая программа, шт. (графа 4, табл. 2);
Б – планируемый процент брака отливок (графа 6, табл. 2).
Тогда бракотливок в натуральном выражении определится по разнице между отлитыми и годнымиотливками. [1]
2.1.2 Выбор типа плавильныхагрегатов
В качестве плавильного агрегата, для плавки стали, выбраныдуговые электропечи переменного тока, они имеют ряд преимуществ:
1. возможность получения более точного состава выплавляемогометалла с меньшим количеством вредных примесей, более высокий перегрев;
2. большая возможность механизации и автоматизации, а такжепроцесса регулирования плавки;
3. неприхотливость к размерам кусков шихты;
4. возможность более грубой загрузки шихты, допускающейсбрасывание крупных кусков шихты, т.к. дно печи образует постель из мелкокусковых материалов и стружки;
5. более простой запуск печи, не требующей холостой колоши;
6. меньшая трудоёмкость при обслуживании печи и ремонтефутеровки, производимых между плавками;
7. меньшая стоимость силового оборудования и площадь занимаемаяим;
8. при использовании дуговой печи нет необходимостипроектировать двухуровневое здание.
Как было сказано выше, плавка планируется в дуговой электропечи;при этом, используя чистые шихтовые материалы в частности по сере и фосфоруможно отказаться от окислительно-востановительного периода и использоватькислую футеровку печи, что увеличивает стойкость стен и свода печи до /> плавок, вместо/> наосновной футеровке.
В качествеплавильного агрегата, для плавки чугуна, выбраны индукционные печи среднейчастоты. Этому способствуют такие их преимущества, как возможность выплавкичугуна любого химического состава, любой марки, использование любой шихты. Печиболее компактны по сравнению с дуговыми и вагранками, бесшумны, меньше выбросыв атмосферу. Благодаря перемешиванию ванны в печном пространстве не возникаютлокальные вихревые явления над подовыми электродами, это предотвращает ихразрушение. Благодаря этому снижаются шум, пылеобразование, газообразование. Всводе печи через специальное отверстие газы удаляются на очистку. Впервый период плавки в шихте образуется расширяющаяся вверх воронка, онапредотвращает обвал шихты, предупреждает разрушение электрода.
В второй период электрическийрежим более стабильный, шихта быстрее растворяется, менее заметен локальныйперегрев металла; ток удваивают, а напряжение снижают. Основная мощность дугиизлучением передается на шихту. На зеркале металла появляется анодное пятно.20% мощности передается через анодное пятно.
В ванне печиможно организовать перемешивание, если расположить в трех точках подовыеэлектроды.
Третий периодпроводят на короткой дуге. Напряжение в 4 раза снижают, ток в 4 разаувеличивают.
Заканчиваетсяплавка шихты; расплав перегревается в таком режиме, можно его рафинировать,перемешивать. Рафинируют его при полной мощности, коротких включениях. Доляэнергии превышает 80%.
Перемешиваниеванн препятствует возникновению локальных вихрей над подовыми электродами, ипредотвращает их разрушение. В 7-10 раз уменьшается выброс газов, пыль. В сводепечи через специальное отверстие газы удаляются на очистку.
Для запуска печиидеален пусковой болван, затем добавляется более мелкая шихта. Выпуск тиглярекомендуют до 30 – 50% (выплавка на «болоте»)
2.1.3 Расчет ведомости балансаметалла
Ведомость баланса металла составляется на основанииведомости расхода металла на залитые формы. Она составлена для СЧ20 выплавляемогона годовую программу.
Ведомость баланса металла представлена в таблице 3.
Таблица 3 – Ведомость баланса металла СЧ20Наименование статей Расход по маркам сплава СЧ20 % т 1. Годные отливки 75,5 5000,0 2. Литники и прибыли 20,4 1019,824 3. Брак отливок 2,0 100,0 4. Технологические пробы и опытные отливки 0,5 25,0 5. Сливы и сплески 2 100,0 Итого жидкого металла 97 6244,824 6. Угар и безвозвратные потери 3 187,3 Металлозавалка 100 6432,16
При составлении баланса металла данные по статьям 1, 2, 3 втоннах заносятся из таблицы 2, а данные по статьям 4, 5, 6 в процентах отметаллозавалки берутся из литературных справочников или на основании опыта работыбазового предприятия.
Металлозавалка рассчитывается по формуле:
/>, (2)
где М – годовая металлозавалка по выплавляемой марке, т;
Г – масса годных отливок, т;
Л – масса литников и прибылей, т;
Б – масса бракованных отливок, т;
П – сумма потерь металла по статьям 4, 5, 6 баланса металла,%.
Подставляя в формулу (2) соответствующие значения из табл. 3,получим
/> т.
После расчета металлозавалки определяются и заносятся втаблицу статьи 1, 2, 3 в процентах, а 4, 5, 6 – в тоннах, а затем суммарныеданные по цеху. [1]
Таблица 4 – Ведомость баланса металла 25ЛНаименование статей Расход по маркам сплава 25Л % т 1. Годные отливки 64,9 7000,0 2. Литники и прибыли 30,6 2142,2 3. Брак отливок 2 140,0 4. Технологические пробы и опытные отливки 0,5 35,0 5. Сливы и сплески 2 140,0 Итого жидкого металла 96,5 9457,2 6. Угар и безвозвратные потери 3,5 331,0 Металлозавалка 100 9788,2
При составлении баланса металла данные по статьям 1, 2, 3 втоннах заносятся из таблицы 2, а данные по статьям 4, 5, 6 в процентах отметаллозавалки берутся из литературных справочников или на основании опыта работыбазового предприятия.
Металлозавалка рассчитывается по формуле:
/>, (2)
где М – годовая металлозавалка по выплавляемой марке, т;
Г – масса годных отливок, т;
Л – масса литников и прибылей, т;
Б – масса бракованных отливок, т;
П – сумма потерь металла по статьям 4, 5, 6 баланса металла,%.
Подставляя в формулу (2) соответствующие значения из табл.3, получим
/> т.
После расчета металлозавалки определяются и заносятся втаблицу статьи 1, 2, 3 в процентах, а 4, 5, 6 – в тоннах, а затем суммарныеданные по цеху. [1]
2.1.4 Расчет шихты и ведомости расходашихтовых материалов
Расчет шихтыпроизводится исходя из требуемого химического состава сплава с учетомфактически используемых шихтовых материалов и применяемых плавильных агрегатов.
В применяемомплавильном агрегате шихта может состоять из стального лома и возврата, а такженекоторого количества свежих чушковых чугунов и ферросплавов. Химический состависходных шихтовых материалов и принятые обозначения приведены в таблице 5,6.
Расчет компонентов шихты былпроизведен на ЭВМ и приведен в приложении 1.
Таблица 5 – Ведомость расхода шихтовых материаловНаименование материалов
Расход материалов по
маркам сплава СЧ20 % т 1. Металлическая шихта а) Возврат собственного производства 20,4 1543,7 б) Лом стальной ГОСТ 2787-86 13,279 855,47 в) чугун литейный ЛК 2 ГОСТ 4832-72 65,948 4245,2 г) ФМн 78 ГОСТ 4755-91 0,774 49,78 Итого: 100 6432,16 2. Шлакообразующие а) песок 2 128,6 б) известняк 0,5 32,16
Таблица 6 – Ведомость расхода шихтовых материаловНаименование материалов
Расход материалов по
маркам сплава 25Л % т 1. Металлическая шихта а) Лом стальной 2А ГОСТ 2787-86 71,28 6977,0 б) Возврат 27,43 2684,9
в) Чугун передельный ПЛ1 кл. А кат.2
ГОСТ 805-80 1,025 100,32 д) Ферромарганец ФМн-78 ГОСТ 4755-91 0,162 15,85
е) Форросилиций ФС-65 ГОСТ 1415-93 0,103 10,08 Итого 100 9788,2 2. Шлакообразующие 3 293,6 3. Раскислитель 2 195,7
2.1.5 Расчет количества плавильныхагрегатов
Расчетное количество плавильных агрегатов Рпл1определяется по формуле
/>, (3)
где ВЖГ – годовое количество потребляемогожидкого металла, т (табл. 2); КН – коэффициент неравномерности;
Фплд – действительный годовой фондвремени плавильного оборудования, ч;
Nплрас – расчетная производительность плавильного оборудования,т/ч.
Коэффициент неравномерности для серийного и мелкосерийногопроизводства КН=1,1–1,3. Принимаем КН=1,2. [1]
Расчетная производительность оборудования находится поформуле
/>, (4)
где NЦИК – цикловаяпроизводительность оборудования, т/ч;
N– коэффициент использования, равный 0,7–0,9.
Емкость печиопределяется по формуле
/> (2)
где ВГ – годовоеколичество потребляемого жидкого металла;
КН = 1,1–1,3 (в условиях серийного и мелкосерийногопроизводства);
ФД – действительныйгодовой фонд времени, ч;
tЦ –продолжительность разливки одной плавки, ч.
/>
Так как печь может иметь перегруз на 20 %, то принимаемемкость печи равные 6 тоннам.
Для выплавки чугуна применяется индукционная печь ИППМ-6,0-0,25(ЭКТА).
Техническая характеристика ИППМ-6,0-0,25:
- номинальная вместимость, т 6;
- установленная мощность по трансформатору, кВА 3200;
- теоретический расход электроэнергии на расплавление, кВт·ч/т 550;
- производительность, т/ч 2,26;
- Номинальная частота тока индуктора, Гц 250.
Подставляя в формулу (4) производительность ИППМ-6,0-0,25,получим расчетную производительность плавильного отделения:
/> т/ч.
Подставляя в формулу (3) найденные значения получим
/>
Число единиц оборудования Р2, принимаемое кустановке в цехе, определяется по формуле:
/>, (5)
где Р1 – расчетное число оборудования отделенияцеха;
К3 – коэффициент загрузки, равный 0,7–0,85;
Подставляя в формулу (5) полученные значения определяем
/>.
Округляя полученное количество оборудования до целого Рпл2=2,находим из формулы (5) действительный коэффициент загрузки плавильногоотделения
/>
Для ритмичной работы отделений цеха необходимо выполненияусловия: действительная величина коэффициента загрузки оборудования во всехотделениях цеха должна быть меньше коэффициента загрузки основного формовочногооборудования, то есть должно выполняться условие
/>. (6)
Условие (6) для плавильного отделения соблюдено.
Принимаем к установке в плавильном отделении две печи марки ИППМ-6,0-0,25.
Для выплавки стали применяется дуговая печь ДППТУ-6(ЭКТА).
Техническая характеристика ДППТУ-6:
- номинальная вместимость, т 6;
- установленная мощность по трансформатору, МВА 4,3;
- Угар шихтовых материалов,% 3,5;
- производительность, т/ч 3,7;
- Диаметр графитовых электродов, мм 400.
Подставляя в формулу (4) производительность ДППТУ-6, получимрасчетную производительность плавильного отделения:
/> т/ч.
Подставляя в формулу (3) найденные значения получим
/>
Число единиц оборудования Р2, принимаемое кустановке в цехе, определяется по формуле:
/>, (5)
где Р1 – расчетное число оборудования отделенияцеха;
К3 – коэффициент загрузки, равный 0,7–0,85;
Подставляя в формулу (5) полученные значения определяем
/>.
Округляя полученное количество оборудования до целого Рпл2=2,находим из формулы (5) действительный коэффициент загрузки плавильногоотделения
/>
Для ритмичной работы отделений цеха необходимо выполненияусловия: действительная величина коэффициента загрузки оборудования во всехотделениях цеха должна быть меньше коэффициента загрузки основного формовочногооборудования, то есть должно выполняться условие
/>. (6)
Условие (6) для плавильного отделения соблюдено.
Принимаем к установке в плавильном отделении две печи марки ДППТУ-66(ЭКТА).
2.2 Расчетформовочно-заливочно-выбивного отделения
2.2.1 Выбор технологическогопроцесса изготовления литейных форм
В проектируемом цехе отливки будут изготавливаться в формахих холодно твердеющих смесей на автоматической линии марки Fast loop. Такая формовочнаялиния обеспечит требуемое количество отливок, получая при этом высокоекачество.
- размеры формы, мм:
в свету 1600×1200;
высота 500;
- производительность цикловая, форм/ч 25;
- металлоемкость формы, кг 2250;
- число рабочих, обслуживающих линию в одну смену 6;
- установленная мощность, кВт 580;
- габаритные размеры линии, мм 36800Х15000;
- масса поставляемого комплекта, т 1550.
Формовочная линия марки Fast loop представляет собойсистему взаимосвязанных автоматических устройств, включающих шнековыйсмеситель, вибростол, кантователь форм, ветки заливки и охлаждения, участоквыбивки, расположенных в определенной последовательности, связанных между собойв единый замкнутый комплекс.
В состав формовочной линии входят следующие агрегаты:смеситель шнековый, кантователь форм, протяжная машина, вибро стол, аппаратокрашивания форм, инерционная выбивная решетка.
Отличительными особенностями линии являются:
- отсутствие опочной оснастки;
- использование на линии форм повышенной точности жесткости,что позволяет увеличить качество отливок;
- применение комбинированного метода отверждения форм, путемвстряхивания кома смеси и дальнейшего его отверждения.
- возможность применения регулировки дозы формовочной смеси ирежимов уплотнения индивидуально для каждой модели в цикле работы формовочнойустановки, что обеспечивает изготовление отливок различных по сложности,характерных для мелкосерийного и серийного производства.
Линия работает следующим образом: С отделения заменыоснастки, модельный комплект на плите, подается на участок заполнения. Намодельный комплект устанавливается наполнительная рамка, и при помощи шнековогосмесителя полость заполняется смесью. Следующим шагом является перемещение незатвердевшего кома смеси вместе с рамкой на устройство вибростол. Вибростолпозволяет уплотнить фосмовочную смесь непосредственно около модельногокомплекта, что уменьшает шероховатость поверхности формы.
Далее уплотненный ком смеси с наполнительной рамкойпередвигается на ветку отверждения, где в течении 40 минут ком должен набратьнеобходимую прочность. Отвержденный ком смеси на конце ветки отвержденияпопадает в устройство протяжки форм. Из кома смеси извлекается модельныйкомплект и снимается наполнительная рамка, они отправляются на участок заменыоснастки. Полуформа переворачивается на 180о, и передвигается научасток окраски форм с последующей просушкой. Состав покрытия: наполнитель-графитовый порошок для чугунныхотливок, для стальных отливок на основе цирконовых песков растворитель-поливинилбутиральныйлак ТЛ-1; плотность краски 1,8-1,9 г/см3.
В окрашенные и просушенные полуформы производят простановкустержней ручным или автоматическим способом. Далее полуформы перемещают аппаратсборки форм. Сборка форм производиться путем поднятия верхней полуформы,переворотом ее на 180о, и установкой на нижнюю полуформу. Собранныеформы движутся по ветке заливки и ветке охлаждения, где производят заполнениеформ сплавом, и выдерживают для его кристаллизации. Остывшие формы подаются напозицию выбивки, где при помощи инерционной решетки происходит выбивка, выбитыеотливки снимаются с решетки электро тельфером.
Состав формовочной смеси следующий:
Материалы, применяемые при изготовлении α-set: 100%песка, 20-25 % отвердителя АСЕ от массы смолы, 1,1-1,6% сверх 100%сложноэфирной смолы.
Смола содержит 0,9% свободного фенола, до 0,1% свободногоформальдегида, до 0,5 % азота, 52% твердого вещества без серы. Плотность смолы1250 кг/м3.
2.2.2 Расчет ведомостиизготовления и сборки форм
Для определения годового числа форм каждого типоразмера, атакже объема стержней и формовочной смеси применяют ведомость изготовления исборки форм, которая представлена в таблице 7.
2.2.3 Расчет числа автоматическихформовочных линий
Расчетное число автоматических формовотчных линий Рф1определяется по формуле:
/>, (7)
где n – годовое число форм, изготавливаемых на линии, шт. (табл.4, столбец 6);
Фдф – действительный годовой фондвремени формовочного оборудования, ч;
Nрасф – расчетная производительность формовочного оборудования,шт/ч;
Кs=0,94–0,96 – коэффициент, учитывающий потери из-за бракаформ и отливок.
Принимаем Кs=0,8.
Производительность линии Fast loop 25 форм/ч.
Nрасф=25 0,8=24 форм/ч.
Подставляя в формулу (7) полученные значения находим:
/>
Принимаем к установке в формовочном отделении однойавтоматической линии марки Fast loop. [1]Таблица 7 – Ведомость изготовления и сборки форм Тип линии
Объем формовочной смеси на годовую программу, м3 604,52 2550,1 639,2 4310,01 2422,5 9139,2 2049,894 14644,23 326 4124,472 2509,2 2873,34 2876,4 3853,71 3855,6 26285,44 4097,52 7423,78 6640,2 8477,73 109703
Объем для одной формы, м3 уплотненной формовочной смеси 1,778 1,856 1,88 1,878 1,9 1,792 1,827 1,67 1,725 1,838 1,845 1,878 1,88 1,89 1,89 1,852 1,89 1,82 1,86 1,847 стержней 0,048 0,028 0,0045 0,012 0,003 0,08 0,044 0,21 0,15 0,058 0,013 0,01 0,01 0,001 0,001 0,035 0,0016 0,05 0,005 0,034 залитого металла 0,094 0,036 0,03 0,03 0,017 0,048 0,049 0,04 0,045 0,024 0,062 0,032 0,03 0,028 0,028 0,033 0,022 0,041 0,047 0,039 опок 1,92 Изготавливается форм в год, шт. 340 1347 340 2295 1275 5100 1122 8769 189 2244 1360 1530 1530 2039 2040 14193 2168 4079 3570 4590 60120 Количество отливок в форме, шт. 3 2 8 4 8 2 2 1 2 1 6 4 4 2 2 2 8 2 2 2 Внутренний размер опок в/н, мм 1200×1600×500/500 Изготавливается в год отливок, шт. 1020 2747 1020 9180 10199 10200 2244 8769 378 2244 8160 6120 6120 4078 4080 28385 17340 8158 7140 9180 Наименование отливки Корпус 029 Крышка Корпус 059 Корпус 001-1 Стакан Корпус 081 Корпус 201 Корпус КПП Картер Крпус 401 Корпус подвес Кронштейн пр ронштейн л Стойка лев. Стойка пр. Корпус 090 Опора прав Корпус 064 Рычаг(мой) Корпус торм Номер отливки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
2.2.4 Выбор вместимости ковшей ирасчет их парка
Вместимость заливочного ковша определяется максимальной металлоемкостью формы и может быть равна иликратна ей.
Формы заливаем с помощью поворотного ковша, емкостью 2 т.
Число ковшей необходимых для обеспечения металлом данногопотока определяется по формуле: [3]
/> (8)
где nк – число ковшейопределенной металлоемкости, находящихся одновременно в работе, шт;
gМе – потребность вметалле для заполнения готовых форм из такого ковша, т/ч;
τц.к. – время оборота работающего ковша, ч;
gк – металлоемкостьковша, используемая для заполнения литейных форм, т;
Ккн – коэффициент неравномерностипотребления металла ковшом.
Потребность в металле будет определяться производительностьюлитейной формовочной линии, и если в цехе один формовочный поток, то она будетравна часовой потребности цеха в металле, т. е.
/> (9)
Рассчитываем часовую потребность цеха в металле:
/>т/ч.
Время оборота ковша складывается из времени заполнения ковшаметаллом, транспортировки его до места заливки, времени разливки металла,возвращения ковша под новое заполнение, слива остатка и ожидания заполненияковша. Принимаем τц.к.= 0,2 ч.
Коэффициент неравномерности потребления металла ковшом будетбольше, чем при расчете количества плавильных печей, и его можно брать впределах 1,3–1,7. Принимаем Ккн=1,4.
Подставляя в формулу (8) найденные значения получим:
/> шт.
Принимаем nк=2.
Работающий ковш постепенно выходит из строя из-замеханического разрушения футеровки носка, краев, а также разъедания внутреннейфутеровки металлом и шлаком. Поэтому периодически ковш возвращается наперефутеровку или ремонт.
Число ковшей, постоянно находящихся в ремонте в течениигода, устанавливается формулой: [3]
/> (10)
где nк.р.– число ковшей,находящихся в ремонте в течении года, шт.;
nк– число ковшей,находящихся одновременно в работе, шт.;
τрем.к.– длительность ремонтного циклаковша, ч;
nр– число ремонтовковша в год;
Кнк.рем– коэффициент неравномерностипоступления ковшей в ремонт;
Фр– фонд рабочего времени ремонтных рабочих, ч.
Длительность ремонтного цикла ковша невелика и связана свместимостью, методом восстановления футеровки, длительностью сушки и разогреваковша, а также зависит от вида заливаемого сплава. Принимаем τрем.к.=16 ч.[3]
Рабочий цикл ковша от ремонта до ремонта складывается изоборота ковша и числа наливов, которые выдерживает его футеровка. Стойкостьковшей для разливки углеродистой стали составляет 0,5 месяца или 24 ремонта вгод. Принимаем nр= 24.
Подставляя в формулу (10) найденные данные находим
/> шт.
Вместимость раздаточного ковша определяется максимальной металлоемкостью печи и должна быть ей.
Расплав из печи сливаем в ковш, емкостью 6 т.
Число ковшей необходимых для обеспечения металлом данногопотока определяется по формуле: [3]
/> (8)
где nк – число ковшейопределенной металлоемкости, находящихся одновременно в работе, шт;
gМе – потребность вметалле для заполнения готовых форм из такого ковша, т/ч;
τц.к. – время оборота работающего ковша, ч;
gк – металлоемкостьковша, используемая для заполнения форм, т;
Ккн – коэффициент неравномерностипотребления металла ковшом.
Потребность в металле будет определяться производительностьюлитейной формовочной линии, и если в цехе один формовочный поток, то она будетравна часовой потребности цеха в металле, т. е.
/> (9)
Время оборота ковша складывается из времени заполнения ковшаметаллом, транспортировки его до места заливки, времени разливки металла,возвращения ковша под новое заполнение, слива остатка и ожидания заполненияковша. Принимаем τц.к.= 0,2 ч.
Коэффициент неравномерности потребления металла ковшом будетбольше, чем при расчете количества плавильных печей, и его можно брать впределах 1,3–1,7. Принимаем Ккн=1,4.
Подставляя в формулу (8) найденные значения получим:
/> шт.
Принимаем nк=1
Работающий ковш постепенно выходит из строя из-замеханического разрушения футеровки носка, краев, а также разъедания внутреннейфутеровки металлом и шлаком. Поэтому периодически ковш возвращается наперефутеровку или ремонт.
Число ковшей, постоянно находящихся в ремонте в течениигода, устанавливается формулой: [3]
/> (10)
где nк.р.– число ковшей,находящихся в ремонте в течении года, шт.;
nк– число ковшей,находящихся одновременно в работе, шт.;
τрем.к.– длительность ремонтного циклаковша, ч;
nр– число ремонтовковша в год;
Кнк.рем– коэффициент неравномерностипоступления ковшей в ремонт;
Фр– фонд рабочего времени ремонтных рабочих, ч.
Длительность ремонтного цикла ковша невелика и связана свместимостью, методом восстановления футеровки, длительностью сушки и разогреваковша, а также зависит от вида заливаемого сплава. Принимаем τрем.к.=16 ч.[3]
Рабочий цикл ковша от ремонта до ремонта складывается изоборота ковша и числа наливов, которые выдерживает его футеровка. Стойкостьковшей для разливки углеродистой стали составляет 1 месяц или 12 ремонтов вгод. Принимаем nр= 12.
Подставляя в формулу (10) найденные данные находим
/> шт
Рассчитана необходимость в двух разливочных ковшах емкостью2 тонны. и в одном раздаточном ковше емкостью 6 тонн. В ремонте постоянно одинразливочный ковш и один раздаточный ковш.
2.3 Проектирование стержневогоотделения
2.3.1 Выбор технологическогопроцесса изготовления стержней
Для изготовления стержней в серийном производствепрогрессивным является метод получения стержней из холоднотвердеющей смесей,содержащих в качестве связующего материала синтетические смолы, которыеотверждаются при комнатной температуре за счет продувки отвердителем.
Наиболее подходящей для изготовления стержней впроектируемом цехе является автоматическая стержневая машина модели Disco3300(IMF). Линия предназначенадля автоматизированного изготовления стержней массой до 250 кг с уплотнением ихпескодувным способом из смесей холодного твердения на основе синтетическихсмол, твердеющих в оснастке.
Технические характеристики стержневой машины. Disco3300(IMF)
- Длительность цикла, с. 35;
- Размеры стержневого ящика, мм:
Ширина 900;
Длина 900;
Высота 900;
– Ход запирания, мм.
Технологический цикл изготовления стержней включаетследующие операции:
1.подачу стержневых ящиков на стол;
2.приготовлениестержневой смеси и заполнение стержневых ящиков ;
3. продувка стержневого ящика отвердителем;
4. извлечение стержня из ящика.
Свойства стержневой смеси:
прочность при растяжении через 1 час 0,3– 0,4 МПа;
прочность при растяжении через 4 часа 0,6– 0,8 МПа;
газопроницаемость более 100 ед.;
газотворность менее 10 см3/г;
осыпаемость менее 1%;
живучесть 4 – 6 мин.
2.3.2 Расчет ведомостиизготовления стержней
Основой для расчета стержневого отделения является ведомостьизготовления стержней, представленная в табл. 8.
Количество стержней в год с учетом брака – А (графа 7, табл.8) определяется по формуле:
/> (11)
где Г – годовая программа, шт. (графа 5, табл. 5);
Б – планируемый процент брака стержней (графа 6, табл. 8).
2.3.3 Расчет числа стержневыхлиний
Расчетное число стержневых линий Рс1 определяетсяпо формуле:
/>, (12)
цех сталь выплавка оборудование
где Вс – число съемов со стержневой линии в год,шт. (графа 11, табл. 8);
Фдс – действительный годовой фондвремени работы стержневого оборудования, ч;
Nрасс – расчетная производительность стержневого оборудования,т/ч.
Подставляя в формулу (4) производительность стержневой линииполучим расчетную производительность стержневого отделения:
/> съемов/ ч.
Подставляя в формулу (12) найденные значения получим:
/>Таблица 8 – Ведомость изготовления стержней Способ изготовления 10 ХТС
Число съемов в год, шт. 9 1040 2802 65 520 585 9364 3121 1873 74 1156 5202 10404 5202 2289 2289 2289 8769 8769 8769 1096 1096 1096 8769 204509 Количество стержней в ящике, шт. 8 1 1 16 2 16 1 3 5 16 9 2 1 2 1 1 1 1 1 1 8 8 8 1
Объем стержневой смеси на годовую программу, м3 7 49,92 78,4 1,872 2,704 10,3004 93,64 7,4912 3,7456 2,8092 31,209 41,616 72,828 31,212 29,757 48,069 20,601 41,2143 96,459 1315,35 9,6459 12,2766 14,9073 394,605 Объем стержня 6 0,048 0,028 0,0018 0,0026 0,0011 0,01 0,0008 0,0004 0,0003 0,003 0,004 0,007 0,003 0,013 0,021 0,009 0,0047 0,011 0,15 0,0011 0,0014 0,0017 0,045 Изготавливается стержней в год с учетом брака, шт. 5 1040 2802 1040 1040 9364 9364 9364 9364 9364 10403 10404 10404 10404 2289 2289 2289 8769 8769 8769 8769 8769 8769 8769 Брак стержней 4 2
Номер стержня 3 1 1 1 2 1 2 3 4 5 1 1 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7
Изготавливается в год отливок, шт. 2 1020 2747 1020 9180 10199 10200 2244 8769
№ 1 1 2 3 4 5 6 7 8
Продолжение таблицы 8 10 ХТС 9 378 378 378 378 48 2289 2289 520 8323 4162 6242 6242 260 260 28953 28953 1809 1106 208 208 208 8321 809 909 909 455 4682 1170 2341 2341 2341 204509 8 1 1 1 1 8 1 1 16 1 2 1 1 16 16 1 1 16 16 4 4 4 1 9 9 4 16 2 8 4 4 4 7 1,9 4,1 45,4 3,4 1,9 59,514 73,248 3,3292 41,615 64,0871 62,42 62,42 3,328 3,3296 694,872 289,53 8,6859 28,2992 68,2322 41,605 41,605 282,914 11,6528 12,3811 101,962 8,0113 82,4032 50,5656 76,7848 37,456 65,548 4743,132 6 0,005 0,011 0,12 0,009 0,005 0,026 0,032 0,0004 0,005 0,0077 0,01 0,01 0,0008 0,0008 0,024 0,01 0,0003 0,0016 0,0082 0,005 0,005 0,034 0,0016 0,0017 0,014 0,0011 0,0088 0,0054 0,0082 0,004 0,007 5 378 378 378 378 378 2289 2289 8323 8323 8323 6242 6242 4160 4162 28953 28953 28953 17687 8321 8321 8321 8321 7283 7283 7283 7283 9364 9364 9364 9364 9364 4 3 1 2 3 4 5 1 2 1 2 3 1 1 1 1 1 2 3 1 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 5 2 378 2244 8160 6120 6120 4078 4080 28385 17340 8158 7140 9180 1 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Подставляя в формулу (5) полученные значения определяем
/>
Округляя полученное число стержневых линий до целого Рс2=1,находим действительный коэффициент загрузки стержневого отделения
/>
Принимаем к установке в стержневом отделении одну стержневуюмашину марки Disco3300(IMF).
2.4 Проектированиесмесеприготовительного отделения
2.4.1 Расчет оборудования длярегенерации формовочной смеси
В любом литейномцехе предусматривается система регенерации формовочной и стержневой смесей.Формовочная и стержневая смесь в проектируемом цехе – холодно–твердеющая.Способом регенерации, подходящим и для формовочной и для стержневой смеси,является механический, при котором частицы песка соударяются и происходитабразивная зачистка зерен – оттирка связующего с их поверхности. Пленкисвязующего отделяются от зерен песка, превращаются в пыль и удаляются из смесиинтенсивным отсосом воздуха. Таким образом, получается регенерат, который можноповторно использовать в производстве а значит, сокращать себестоимостьпродукции. Объем работ регенерационного оборудования составляет 103001м3в год, или 28т/ч.
В системурегенерации входят такие устройства, как: магнитный сепаратор марки ЭПР–120,дробилка однороторная крупного дробления марки СМД–85, грохот марки ГИЛ–32,классификатор марки14711 и охладитель марки 11511.
Смесь от участкавыбивки до участка регенерации доставляется ленточным транспортером.
Техническаяхарактеристика воздушного классификатора 14711
Производительность,т/ч 50
Количествоотсасываемого воздуха, м3/ч 290
Мощность приводавентилятора, кВт 111
Масса, кг 3820
Техническаяхарактеристика охладителя 11511
Объем холодильнойчасти, 1
Температурарегенерата на входе 90
Температурарегенерата на выходе 25
Производительность4,5
Охладитель трубчатый
Охлаждающаяжидкость вода
Масса, кг 1925
Для регенерацииформовочной смеси принимаем одну систему регенерации марки 14316
2.5 Проектирование термообрубногоотделения
2.5.1 Выбор и расчет оборудованиятермообрубного отделения
В термообрубном отделении выполняются следующие виды работ:
1. очистка отливок от остатков формовочной и стержневой смеси;
2. отделение литников и прибылей;
3. термообработка;
4. отчистка от окалины;
5. заварка дефектов;
6. зачиска отливок.
Цикл очистки отливок в проектируемом цехе состоит вследующем: отливки после выбивной решетки складируются в тару и охлаждаются вней, а затем поступают в термообрубное отделение, где отливки с видимымиповерхностными дефектами направляются в тару для бракованных отливок, а годныес помощью транспортера попадают на стол отбивки литниковой системы; послеотбивки литниковой системы отливки в таре с помощью грузовых тележек поступаетв дробеметный барабан модели 42236.
Технические характеристики барабана дробеметногопериодического действия модели 42236: [3]
- наибольшая масса очищаемой отливки, кг 500;
- наибольшая объемная диагональ отливки, мм 700;
- производительность, т/ ч 10,5;
- габарит, мм 6000×7000×6000;
- мощность, кВт 85;
- масса, т 32,5.
При определении числа отливок, подлежащих обработке втермообрубном отделении, за основу принимаем годовую программу литейного цеха безучета брака.
Расчетное число очистного оборудования Роч1определяется по формуле:
/>, (15)
где Всс – годовой объем очистных работ, т
Фдоч – действительный годовой фондвремени работы очистного оборудования, ч;
Nрасоч – расчетная производительность очистного оборудования, т/ч.
Подставляя в формулу (4) производительность дробеметногобарабана получим его расчетную производительность:
/> т/ ч.
Подставляя в формулу (15)найденные значения получим:
/>
Подставляя в формулу (5) полученные значения определяем
Принимаем к установке один дробеметный барабан модели 42236.
После очистки отливок в дробеметном барабане они поступают втаре на зачистку и отрезку литников и прибылей. В качестве зачистных станковиспользуются обдирочно-шлифовальные станки модели 3374К.
Зачищенные стальные отливки в таре поступают в печь, длятермической обработки, нормализации в течении 7 часов, для этого используютгазовую камерную печь с выкатным подом марки ДО-30.30.11/1000.
Производительность печи для нормализации рассчитываем поформуле (3):
/> т/ч
Расчетное число печей для термообработки можно рассчитать поформуле (4):
/>
Таким образом, принимаем одну термическую печьДО-30.30.11/1000с выкатным подом для термообработки.
Таблица 9 – Техническая характеристика термической печи свыкатным подом модели ДО-30.30.11/1000Производительность печи, т/ч 4 Размеры пода, мм 3000х3000х1100 Температура нагрева металла, К 1000 Вид топлива Природный газ Габаритные размеры, мм: длина 2500 ширина 4500 высота 4500 Максимальная вместимость, кг 16000
После термической обработки отливок, создается необходимостьв очистке их от окалины. Для очистки от окалины принимаем дробеметный барабанпериодического действия марки 42236.
Технические характеристики барабана дробеметногопериодического действия модели 42236: [3]
- наибольшая масса очищаемой отливки, кг 500;
- наибольшая объемная диагональ отливки, мм 700;
- производительность, т/ ч 5,4;
- габарит, мм 6000×7000×6000;
- мощность, кВт 85;
- масса, т 32,5.
Расчетное число очистного оборудования Роч1определяется по формуле:
/>, (15)
где Всс – годовой объем очистных работ, т
Фдоч – действительный годовой фондвремени работы очистного оборудования, ч;
Nрасоч – расчетная производительность очистного оборудования, т/ч.
Подставляя в формулу (4) производительность дробеметногобарабана получим его расчетную производительность:
/> т/ ч.
Подставляя в формулу (15)найденные значения получим:
/>
Принимаем к установке один дробеметный барабан для очисткиот окалины модели 42236.
2.6 Расчет площади складовлитейного цеха
На складе осуществляется приемка, складирование, подготовкашихтовых и формовочных материалов, огнеупорных изделий, флюсов и т.д. Приопределении площади закромов, необходимых для хранения материалов, используютсяданные расчетов плавильного и смесеприготовительного отделений, являющихсяосновными потребителями исходных материалов.
Площадь, занимаемую материалом на месте хранения, определяютпо формуле
/>, (16)
где Q – масса соответствующего материала, хранимого на складе, т;
Н – высота хранения материала, м;
g – насыпная массыматериала, т/м3;
к – коэффициент использования емкости склада (не более 0,8).
Данные для расчета площадей хранения по формуле (16) берутсяиз ведомости расчета площадей складов, представленной в табл. 10. также в этуведомость вносятся рассчитанные площади хранения.
Расчетные площади хранения округляют в соответствии судобством механизированной загрузки и разгрузки материала.
При определении площади складов учитываются также площадизанятые приемными приямками, разгрузочными площадками, эстакадами, приемнымиустройствами для подачи материалов в цех, оборудованием для подготовкиматериалов, а также проходами и проездами.
Общая площадь склада равна
/>, (17)
где SF/М – суммаокругленных площадей хранения каждого материала на складе, м2; FЭ – площадь, занимаемая эстакадами, м2;
FР – площадьразгрузочных площадок, м2;
К – коэффициент,учитывающий площади, занимаемые приемными устройствами для подачи материалов вцех, оборудованием для подготовки материалов, а также проходами и проездами, К=1,2–1,4.
Площадь разгрузочных площадок определяется по формуле:
FР= n×L×W, (18)
Таблица 10 – Ведомость расчета площади складов
Площадь хранилища, м2 Округленная 9 Склад шихтовых материалов
10
25
15
5
5 20
35
15
5
10
5
5
расчет-
ная 8
7,2
24,3
11,82
0,3
0,05
0,05 16,7
31,3
13,3
1,6
8,6
2,16
0,46 Высота хранения, м 7
4
4
4
2
2 4
10
3
5
10
2
2 Количество материала на складе
м3 6
28,9
97,54
47,3
0,6
0,108 67,1
313,3
40
8
86,6
4,3
0,92 т 5
46,3
214,5
165,4
1,8
0,27 100,65
470
60
12
129,9
5,2
1,1 Нормированный запас хранения, сут. 4
4
10
10
10
10 20
5
10
10
10
20
20
Насыпная масса, т/м3 3
1,6
2,2
3,5
3
2,5 1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,2
1,2 Годовое количество, т 2
4228,6
7832,5
82,45
65,63
10,08 1837
34334
2194
438,8
4743
94,86
20 Наименование материала 1
Шихтовые материалы:
Возврат
Лом стальной ГОСТ 2787-86
Чугун передельный ПЛ1 ГОСТ 805-80
Ферромарганец ГОСТ 4755-91
Ферросилиций ФС-65 ГОСТ 1415-93 Шлакообразующие Формовочные материалы
Песок 2К2О303 (ГОСТ 2138-91)
Связующие ФСМ-А
Катализатор А-20
Стержневые материалы:
Песок 2К1О303 (ГОСТ 2138-91)
Связующее Резамин 25B/C
Отвердитель Резамин, К1 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
где n – число разгрузочных площадок, шт.;
L – протяженность железнодорожногопути, находящегося в цехе, м;
W – ширина фронта разгрузки по всейпротяженности железнодорожного пути (L), W = 6–8 м.
FР= 1·48·6= 288 м2.
Подставляя в формулу (17) найденные значения получим:
/> м2.
2.7 Внутрицеховой транспорт
К внутрицеховому транспорту относятся все видыподъёмно-транспортных средств, обеспечивающие технологический процессизготовления отливок.
К транспорту периодического действия относятся мостовые иконсольные краны, кран-балки, электротельферы, пневматические и механическиеподъёмники, механизированные тележки. Расчёт количества периодическоготранспорта очень трудоёмкий и ведётся по укрупнённым данным.
Для плавильных отделений количество мостовых крановопределяется по формуле [2]:
/>, (19)
где К – число кранов;
Qж – годовой выпускжидкого металла одной печью, т;
п – количество обслуживаемых краном плавильных печей;
а – количество крано-часов на 1 т выплавки жидкого металла;
Тд – действительный годовой фонд времени работыкрана, ч.
После подстановки соответствующих значений:
/>
Принимаем к установке 1 мостовой кран, и еще один запасной.
Количества мостовых кранов и кран-балок для обслуживанияформовочного, стержневого и термообрубного участков рассчитывается по формуле[2]:
/>, (20)
где Qг – выпуск годноголитья, т/год;
а – затрата времени крана на 1 т годного литья, крано-часы;
Тд – годовой фонд времени работы участка, ч.
Тогда для формовочного участка:
/>
Для термообрубного отделения:
/>
В формовочном и стержневом отделении принимаем к установкепо одному мостовому крану, в термообрубном отделении один мостовой кран.
Расчёт потребного количества транспорта непрерывногодействия производится по его производительности. Для перемещения сыпучихматериалов в цехе предусмотрены пневмотранспортные установки. Отработаннаясмесь, от выбивной решётки к установке регенерации, транспортируется транспортернойлентой.
2.8Цеховые лаборатории
Ряд исходныхматериалов, применяемых в цехе, требует перед запуском в работу контрольнойпроверки, подтверждающей соответствие материалов требованиям. Для выполнениятаких анализов, а также анализов в процессе производства, в цехе работают:экспресс – лаборатория и лаборатория формовочных материалов.
В функции службымеханика входит обеспечение надежной работы оборудования.
В функции службыэнергетика входят аналогичные работы с электрооборудованием. Эта службаотвечает за исправность работы электрооборудования, водоснабжения, вентиляции,газового хозяйства.
2.9Технический контроль производства
На участокконтроля отливки поступают после финишных операций для окончательной проверкина соответствие предъявляемым требованиям.
На участкеконтроля предусмотрено наличие контрольно – измерительных приборов.
Годные отливкипосле проверки клеймят и отправляют на склад готовой продукции, бракованные –транспортируют на переплав или на участок исправления дефектов.
Техническийконтроль качества отливок выполняет отдел технического контроля заводасовместно со спектральной экспресс – лабораторией и разметочной секцией ОТК наследующих переделах производства: шихтовки, плавки, заливки и очистки отливок,приготовлении стержневой смеси и изготовлении стержней.
В спектральнойэкспресс – лаборатории для проверки химического состава предусмотренспециальный прибор – экспресс – анализатор для ускорения процесса определениясодержания компонентов сплава.
Литература
1. Проектирование и реконструкция литейных цехов. Учебноепособие к выполнению дипломного проекта / Кулаков Б.А., Знаменский Л.Г.,Ивочкина О.В.
2. Проектирование литейных заводов и цехов. Справочник / подред. Ямпольского Е.С. – М.: Машиностроение, 1974. – 294 с.
3. Проектирование новых и реконструкция действующих литейныхцехов. Учебное пособие. – Магнитогорск: МГТУ, 2001. – 410 с.
4. Производство стальных отливок. Учебник для вузов / КозловЛ.Я., Колокольцев В.М., Вдовин К.Н. – М.: МИСИС, 2003. – 352 с.
5. Сафронов В.Я. Справочник по литейному оборудованию. 1985. –320 с.
6. Основы проектирования литейных цехов и заводов. Учебник длявузов / Фанталов Л.Г., Кнорре Б.В., Четвертухин Л.И. – М.: Машиностроение,1979. –376 с.
7. Производство отливок из сплавов на основе железа. Учебноепособие / Клецкин Б. Э., Швецов В. И… – Челябинск: ЮУрГУ, 2000. – 103 с.