Расчет литейного цеха производительностью 12000 т металла в год

метки: Расчет, Литейный, Сплав, Вибросито, Отливка, Таблица, Характеристика, Технический

Литейное производство является одной из основных заготовительных баз машиностроения. Широкое распространение литейного производства объясняется большими его преимуществами по сравнению с другими способами производства заготовок (ковка, штамповка):

• возможностью получения деталей с заданными физико-механическими свойствами;

универсальностью и экономичностью методов формообразования сложных металлических изделий

максимальным приближением отливок по конфигурации и размерам к готовой детали;

• снижением цикла изготовления;
• отходы в стружку при изготовлении специальными способами литья сведены до минимума;
• изготовлением деталей из сплавов, которые трудно поддаются механической обработке;
• безвозвратные потери у отливок составляют 7 — 9 %, у деталей из сварных соединений около 11 — 12 %, у поковок 13 — 14.

Примерно около 70 % (по массе) заготовок получают литьем, а в некоторых отраслях машиностроения, например в станкостроении, 90 — 95 %. Литьем можно получить заготовки практически любой сложности с минимальными припусками на механическую обработку. Это очень важное преимущество, так как сокращение затрат на обработку резанием снижает себестоимость изделий и уменьшает расход металла. Кроме того, производство литых заготовок значительно дешевле, чем, например, производство поковок.

В последнее время большое развитие получили специальные методы литья. К ним относятся:

• литье по выплавляемым моделям;
• литье в оболочковые формы;
• литье под давлением;
• литье под низким давлением;
• литье в кокиль;
• центробежное литье и т.д.

Отливки, получаемые специальными методами литья, по конфигурации и размерной точности приближаются к готовым деталям и объем их обработки резанием невелик.

Выход годного литья увеличивается для кокильного литья до 40 — 60 %.

При литье специальными способами увеличивается производительность процесса, снижается трудоемкость изготовления деталей, возможно получение тонкостенных отливок, широко используются средства механизации и автоматизации.

Литье в кокиль является одним из самых экономичных способов литья, который нашел широкое применение во многих отраслях промышленности, особенно в машиностроении.

Сущность процесса литья в кокиль заключается в заливке жидкого сплава в металлическую форму, в которой, благодаря высокой теплопроводности материала формы, происходит быстрое затвердевание и охлаждение отливки. Металлическая форма применяется многократно и имеет высокую стойкость. С целью регулирования скорости затвердевания отливок рабочие поверхности кокилей облицовывают и окрашивают теплоизоляционными красками. Покрытие наносят также и для защиты формы от воздействия жидкого металла.

Эффективность производства: формы, сущность, измерения

... затраты на средства производства (особенно в малолюдном и безлюдном производстве). В этом случае решающее значение имеет новый показатель «эффективность производства». [2; с. 272] В годы экономической политики СССР эффективность в большей части рассматривалась ...

Область применения литья в кокиль в значительной степени определяется технологическими возможностями и экономической целесообразностью производства отливок этим способом.

Литье в кокиль дает следующие качественные и количественные преимущества:

• повышение физико-механических и эксплуатационных свойств отливок;
• увеличение выхода использованного для изготовления отливок металла, т.е. отношения массы полученной отливки к залитому в форму расплаву;
• повышение размерной точности и качества поверхностей отливок;
• уменьшение допусков и припусков на механическую обработку;
• частичное или полное исключение формовочных материалов из производства;
• увеличение производительности труда и съема отливок с производственной площади;
• улучшение санитарно-гигиенических условий труда.

Недостатки литья в кокиль — высокие трудоемкость изготовления и стоимость металлической формы, повышенная склонность к возникновению внутренних напряжений в отливке вследствие затрудненной усадки и более узкого по сравнению с литьем в песчаную форму интервала оптимальных режимов литья, обеспечивающих получение качественной отливки.[ЦЛ]

Литьем под низким давлением изготавливают отливки, подвергаемые испытаниям на герметичность, сложной конфигурации с тонкими и толстыми стенками, крупногабаритные с несколькими массивными тепловыми узлами.

Основные преимущества литья под низким давлением: большой выход годного (80-98 %), повышенная плотность отливок, высокий уровень автоматизации процесса.

Литье под низким давлением состоит в вытеснении газом жидкого металла из раздаточной печи в литейную форму. Помимо принудительного заполнения литейной формы, в этом методе литья эффективно используют питание затвердевающей отливки жидким металлом из естественной прибыли — металлопровода.

В целом, цехи, специальные виды литья: ЛНД, ЛПД, литье в кокиль, являются более производительными и экономичными по сравнению с традиционными видами литья (литье в песчаные формы), в этих цехах гораздо выше уровень автоматизации процессов и культура производства.

1. Проектное задание и его анализ

Проектируемый цех кокильного литья и литья по выплавляемым моделям в условиях КМК «Сибэлектросталь» производительностью 12000 тонн/год предназначен для массового выпуска отливок из сплавов АК9ч, АК9М3-К и АК8М3ч для производства автомобильных отливок.

Изготовление отливок производится специальными видами литья:

литье в кокиль

литье по выплавляемым моделям

Эти способы рациональны при массовом производстве отливок.

Номенклатура отливок включает в себя 19 отливок весом от 0,4 до 17 кг.

Проектируемый цех предполагается построить в городе Красноряск Красноярского края

Расчетная зимняя температура — 34 °С.

В районе имеется зона из зеленых насаждений. Удаление отходов осуществляется через систему очистки.

Транспорт общезаводской.

Энергоресурсы:

• отопление от заводской ТЭЦ;
• электроэнергия с центральной распределительной подстанции завода;
• сжатый воздух от заводской компрессорной станции;
• водопровод от заводской сети.

Канализация общезаводская.

1 Структура цеха

Цехи литья по выплавляемым моделям различают по роду сплава, массе отливок, объему производства, серийности, степени механизации.

Проектируемый цех литья по выплавляемым моделям относится к цехам:

• по виду литейного сплава: стального литья;
• по массе отливок: среднего литья;
• по объему производства: со средним выпуском;
• по серийности производства: массового производства;
• по степени механизации: автоматизированный.

В состав цеха входят производственные отделения (участки), вспомогательные отделения (участки) и склады.

К производственным отделениям, где выполняется собственно технологический процесс изготовления отливок, относятся следующие:

• модельное;
• изготовления оболочек форм;
• прокалочно-заливочное;
• термообрубное, где очищают отливки от остатков оболочек, отделяют отливки от литноково-питающей системы, зачищают питатели, проводят термообработку и исправляют дефекты отливок.

К вспомогательным относят следующие отделения:

• подготовки формовочных материалов и шихты;
• ремонта пресс-форм и другой технологической оснастки;
• мастерские механика и энергетика;
• цеховая лаборатория;
• КПД.

К складам относят закрытые склады шихтовых, формовочных, горючих материалов, готовых отливок.

В цехе предусматривают также помещения для культурно-бытового обслуживания работающих: санитарно-бытового назначения, общественного питания, здравоохранения, культурного обслуживания, учебных занятий и общественных организаций, управлений.[2]

1.2 Номенклатура и программа выпуска отливок

Номенклатура и программа выпуска отливок проектируемого цеха приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1

№ п/п	Номер и наименование отливки	Марка сплава	Масса одной отливки, кг	Количество на изделие, шт	Масса на изделие, кг	Годовой выпуск
						штук	тонн
1	2	3	4	5	6	7	8
1	4062.1008015 Труба впускная	АК9ч	3,26	1	3,26	235000	766,1
2	4062.1008118 Ресивер	АК9ч	2,6	1	2,6	235000	611,0
3	4061.1307015 Корпус водяного насоса	АК9ч	1,2	1	1,2	225000	270,0
4	4063.1008015 Труба впускная	АК9ч	2,95	1	2,95	45000	132,75
5	514.1008015 Труба впускная	АК9ч	2,1	1	2,1	45000	94,5
	514.1008118 Ресивер	АК9ч	1,5	1	1,5	45000	67,5
	514.1118066 Патрубок	АК9ч	0,6	1	0,6	45000	27,0
	514.1118055 Патрубок	АК9ч	0,46	1	0,46	45000	20,7
	514.1307015 Корпус водяного насоса	АК9ч	1,1	1	1,1	45000	49,5
	514.1011020 Корпус масляного насоса	АК9ч	0,6	1	0,6	45000	27,0
	406.1003015 Головка цилиндров	АК9М3-К	16,23	1	16,23	230000	4732,9
	4021.1003015 Головка цилиндров	АК9М3-К	11,8	1	11,8	120000	2416,0
	514.1003015 Головка цилиндров	АК8М3ч	14,55	1	4,55	45000	654,75
	514.1001015 Кронштейн	АК8М3ч	0,5	1	0,5	45000	22,5
	514.1001014 Кронштейн	АК8М3ч	0,5	1	0,5	45000	22,5
	514.1106094 Корпус	АК8М3ч	0,25	1	0,25	45000	11,25
	514.1111450 Кронштейн	АК8М3ч	1,25	1	1,25	45000	56,25
	53-11-1003015 Головка цилиндров	АК9ч	10,5	1	10,5	95000	997,5
	66-06-1003015 Головка цилиндров	АК9ч	10,75	1	10,75	95000	1021,25
	ИТОГО						12000

3. Программа выпуска отливок с учетом брака

Программа выпуска отливок с учетом брака для проектируемого цеха представлена в таблице 1.2.

Таблица 1.2

№ п/п		Наименование детали	Масса одной отливки, кг	Годовой выпуск отливок		Годовой брак отливок		Годовая программа с учетом брака
				штук	тонн	штук	тонн	штук	тонн
1		2	3	4	5	6	7	8	9
		4062.1008015 Труба впускная	3,26	235000	766,1	11750	38,3	246750	804,4
		4062.1008118 Ресивер	2,6	235000	611,0	11750	30,55	246750	641,5
		4061.1307015 Корпус водяного насоса	1,2	225000	270,0	11250	13,5	236250	283,5
		4063.1008015 Труба впускная	2,95	45000	132,75	2250	6,68	47250	139,4
		514.1008015 Труба впускная	2,1	45000	94,5	2250	4,73	47250	99,23
		514.1008118 Ресивер	1,5	45000	67,5	2250	3,37	47250	70,87
		514.1118066 Патрубок	0,6	45000	27,0	2250	1,35	47250	28,35
		514.1118055 Патрубок	0,46	45000	20,7	2250	1,04	47250	21,74
		514.1307015 Корпус водяного насоса	1,1	45000	49,5	2250	2,47	47250	51,97
		514.1011020 Корпус масляного насоса	0,6	45000	27,0	2250	1,35	47250	28,35
1	2		3	4	5	6	7	8	9
	406.1003015 Головка цилиндров		16,23	3732,9	11500	186,6	241500	3919,5
	4021.1003015 Головка цилиндров		11,8	120000	1416,0	6000	70,8	126000	2486,8
	514.1003015 Головка цилиндров		14,55	45000	654,75	2250	32,74	47250	687,49
	514.1001015 Кронштейн		0,5	45000	22,5	2250	1,12	47250	23,62
	514.1001014 Кронштейн		0,5	45000	22,5	2250	1,12	47250	23,62
	514.1106094 Корпус		0,25	45000	11,25	2250	0,56	47250	11,81
	514.1111450 Кронштейн		1,25	45000	56,25	2250	2,81	47250	59,06
	53-11-1003015 Головка цилиндров		10,5	95000	997,5	2750	28,87	99750	1026,4
	66-06-1003015 Головка цилиндров		10,75	95000	1021,2	2750	29,43	99750	2050,6
ИТОГО			82,7	1775000	10000,9	99524	8230	1863750	12458,3

4 Режим работы и фонды времени работы оборудования

В механизированных и автоматизированных цехах при массовом производстве отливок, когда идет разделение операций по месту и совмещение их по времени, самый рациональный режим работы — параллельный.

Рациональнее применить трехсменный режим работы, наиболее характерный для цехов в машиностроительной промышленности. Техническое обслуживание и подготовка оборудования производятся в выходные дни работниками ремонтных служб.

Расчет фондов времени производится, исходя из 40-часовой рабочей недели. Применяем пятидневную рабочую неделю с двумя выходными. Продолжительность рабочей смены 8 часов.

Для спроектированного цеха принимаем согласно графика КМК «Сибэлектросталь» следующие фонды времени работы оборудования (действительные):

• Плавильное 5377 ч/год;
• Заливочное 5377 ч/год;
• Обрубное 5034 ч/год;
• Термическое 5521 ч/год;
• Стержневое 5034 ч/год.

Ремонт оборудования и профилактику кокильной оснастки производить в выходные дни согласно графика работы КМК «Сибэлектросталь».

2. Технологические процессы и расчет оборудования проектируемого

цеха

1 Расчет программы плавильного участка по выпуску жидкого

металла на год

Программа плавильного отделения для проектируемого цеха представлена в таблице 2.1.

Таблица 2.1

№ п/п		Наименование отливки	Марка сплава	Масса отливки, кг	Годовое количество отливок с учетом брака		Масса литников и прибылей		Годовое количество жидкого металла на программу
					штук	тонн	На 1 отливку	На программу с учетом брака
							кг	тонн	тонн
1		2	3	4	5	6	7	8	9
		4062.1008015 Труба впускная	АК9ч	3,26	246750	804,4	4	987,0	1791,4
		4062.1008118 Ресивер	АК9ч	2,6	246750	641,5	3,6	888,3	1529,85
		4061.1307015 Корпус водяного насоса	АК9ч	1,2	236250	283,5	1,3	307,1	590,62
		4063.1008015 Труба впускная	АК9ч	2,95	47250	139,4	3,5	165,4	304,76
		514.1008015 Труба впускная	АК9ч	2,1	47250	99,23	5	236,2	335,47
		514.1008118 Ресивер	АК9ч	1,5	47250	70,87	2,5	118,1	189,0
		514.1118066-20 Патрубок	АК9ч	0,6	47250	28,35	1	47,2	75,6
		514.1118055-30 Патрубок	АК9ч	0,46	47250	21,74	1,36	64,2	85,99
	514.1307015 Корпус водяного насоса		АК9ч	1,1	47250	51,97	2	94,5	146,47
	514.1011020 Корпус масляного насоса		АК9ч	0,6	47250	28,35	1	47,2	75,6
	406.1003015 Головка цилиндров		АК9М3-К	16,23	241500	3919,5	18,3	4426,7	8346,24
	4021.1003015 Головка цилиндров		АК9М3-К	11,8	126000	1486,8	9,8	1234,8	2721,6
	514.1003015 Головка цилиндров		АК8М3ч	14,55	47250	687,49	23,3	1116	1788,41
	514.1001015 Кронштейн		АК8М3ч	0,5	47250	23,62	1	47,2	47,25
	514.1001014 Кронштейн		АК8М3ч	0,5	47250	23,62	1	47,2	47,25
	514.1106094 Корпус		АК8М3ч	0,25	47250	11,81	0,4	18,9	21,263
	514.1111450 Кронштейн		АК8М3ч	1,25	47250	59,06	1,5	70,8	129,93
	53-11-1003015-02 Головка цилиндров		АК9ч	10,5	99750	1026,4	0,9	89,7	1047,38
	66-06-1003015-30 Головка цилиндров		АК9ч	10,75	99750	1050,6	0,9	89,7	1072,32
	ИТОГО							10096	20364,5

2 Выбор плавильного агрегата

В настоящее время в литейном производстве для плавки алюминия и алюминиевых сплавов применяют следующие печи:

• пламенные отражательные печи;
• индукционные канальные и тигельные печи;
• электропечи сопротивления.

Для производства вторичных литейных алюминиевых сплавов применяют пламенные отражательные печи емкостью от 10 до 30 тонн и тигельные индукционные печи емкостью от 2,5 до 6 тонн. В пламенных отражательных печах имеет место повышенный угар металла, низкая производительность и насыщение расплава газами. В результате этих недостатков широкого применения данные печи не находят.

Плавка в индукционных печах вследствие меньшей удельной площади сопровождается меньшей газонасыщенностью расплава, меньшей его окисляемостью и более низкими безвозвратными потерями.

В последнее время широкое применение получили индукционные печи промышленной частоты с сердечником. Эти печи имеют низкий удельный расход электроэнергии порядка 305 , большую производительность и высокий коэффициент полезного действия (КПД) (до 75%).

Однако данные печи имеют ряд существенных недостатков, таких как:

• зарастание каналов печи окисью алюминия, а также флюсами и шлаками;
• низкая стойкость футеровки (2-3 месяца).

Свободными от данных недостатков и более удобными в эксплуатации являются тигельные индукционные печи. Индукционный нагрев металла получил в настоящее время широкое распространение. При индукционном нагреве теплота выделяется непосредственно в металле, нагреваемом в тигле, благодаря чему использование тепла оказывается более совершенным и обеспечивается значительно большая скорость нагрева.

Индукционные тигельные печи промышленной частоты просты по своей конструкции. Они представляют собой тигель, помещенный в индуктор, питаемый переменным током. После слива каждой плавки можно легко осмотреть и очистить, а затем, если это необходимо, загрузить в него шихту другого по композиции сплава.

Тигельные индукционные печи применяются главным образом для плавки высококачественных сплавов, сталей и алюминиевых сплавов, требующих особой частоты, однородности и точности химического состава. Эти печи имеют ряд несомненных преимуществ перед другими печами. При малом зеркале металла и большой скорости нагрева плавка характеризуется малым угаром (0,5 — 1,0 %).

Благодаря тому, что атмосфера эл.печей не содержит продуктов сгорания топлива, возможно получение сплавов со значительно меньшим, чем в пламенных печах, уровнем загрязнения неметаллическими примесями (водородом и оксидами) и отказаться, например, в ряде случаев от применения эффективных, но дорогостоящих методов дегазации расплава, либо при их применении получить особо высокое качество металла. Пониженная газонасыщенность дает отливки с высокими механическими свойствами.

Печи дают более высокую производительность (в 2-3 раза по сравнению с пламенными и в 5-6 раз по сравнению с электропечами сопротивления).

Затраты на получение тонны расплава литейных алюминиевых сплавов в индукционных тигельных печах значительно ниже, чем в пламенных отражательных печах. Меньший расход энергии обусловлен отсутствием потери тепла из рабочего пространства печи продуктами сгорания топлива. Также необходимо отметить еще несколько преимуществ данных печей:

• более легкие условия труда;
• простое и широкое регулирование мощности и температуры;
• сокращение производственной площади из-за малых габаритов печи;
• получение чистого расплава, благодаря отсутствию источников загрязнения;
• поглощение водорода на 40% меньше, чем в других печах из-за более совершенных условий нагрева;

• стойкость тигля более 6 месяцев.

Основным недостатком индукционных печей по сравнению с канальными печами является повышенный расход электроэнергии.

Хорошо зарекомендовали себя для плавки алюминия и его сплавов печи емкостью до 2,5 тонн. Такие печи снабжены механизированной крышкой, шихту можно загружать как вручную, так и механизированным способом, например, мостовым краном. При непрерывной работе с одним сплавом рекомендуется оставлять на дне тигля определенный переходящий остаток и в него загружать свежую шихту.

Расплавленный металл сливается через сливной носок путем наклона печи гидравлическим приводом.

Исходя из всего вышеперечисленного, в проектируемом цехе для плавки алюминиевых сплавов АК9ч, АК9М3-К, АК8М3ч применяем печи индукционные плавильные УИП-800-1,0-1,0х2 ЗАО Завод «РЭЛТЕК» г.Екатеринбург , работающие на средних частотах емкостью 1 тонна.

Техническая характеристика плавильной печи УИП-800-1,0-1,0х2 представлена в таблице 2.2

Таблица 2.2

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Емкость печи по алюминию, т	1,0
2	Мощность источника питания, кВт [Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/raschet-vibrosito-liteynogo/	630,0
3	Мощность печи, кВт	630,0
4	Число фаз питающей сети	3
5	Номинальная частота тока контактной сети, Гц	500
6	Номинальное напряжение питающей сети, В	380
7	Производительность печи, т/ч	1,0
8	Время расплавления и перегрева до номинальной температуры, ч	1,0
9	Удельный расход эл.нергии на расплавление алюминия, кВт*ч/т	530

Печь питается от однофазного электропечного трансформатора ЭОМН-1500/10 мощностью 1300 кВА с девятью ступенями переключения напряжения в диапазоне от 1,16 до 0,29 кВ (возможно переключение под нагрузкой).

Состояние тигля и наличие утечек на землю контролируется сигнализатором утечки, позволяющим своевременно определять сроки ремонтов.

2.3 Описание технологического процесса приготовления сплавов

.3.1 Описание технологического процесса приготовления сплава АК9ч

В состав шихты сплава АК9ч входят следующие компоненты:

алюминий первичный ГОСТ 11069-74 марок А7, А7Э, А7Е, А6, А5;

силумин ГОСТ 1583-93 марок АК12пч, АК12ч, АК12оч;

магний ГОСТ 804-93 марки Мг90;

марганец металлический ГОСТ 6008-90 марок Мн997, Мн998;

возврат собственного производства марки АК9ч.

В первую очередь в плавильную печь загружается порция возврата производства. По мере расплавления возврата в отключенную печь загружаются порции свежих материалов в следующей последовательности: марганец ковшом, затем чушки алюминия первичного и силумина. Далее производится расплавление шихты в плавильной печи под крышкой.

С целью снижения потерь металла в шлаке при температуре сплава (710±10) 0С производится его обработка рафинирующим флюсом в следующем порядке:

В отключенную плавильную печь на зеркало сплава ковшом засыпается флюс в количестве не менее 0,2 % от массы сплава в печи.

Производится выдержка сплава под слоем флюса в течение от 8 до 10 минут.

Флюс замешивается в сплав на глубину шумовки, шлак снимается с поверхности сплава шумовкой в шлаковню.

После операции обработки сплава при помощи шумовки вводится в сплав навеска магния, печь включается на ступень быстрого нагрева.

Не менее, чем через 10 минут после ввода магния, заливается образец для анализа химического состава сплава, образец передается в спектральную лабораторию. Результат анализа передается на плавильный участок телефонограммой. При необходимости производится действия по корректировке химического состава. Сплав сливается из плавильной печи только при положительном результате анализа.

Затем сплав нагревается в плавильной печи до температуры (755±15) °С.

Готовый и годный по химическому составу металл сливается в ковш электропогрузчика, транспортируется к установке для дегазации.

При технологическом переливе жидкого металла из плавильной печи в ковш, а из него в раздаточную печь происходит рафинирование жидким флюсом

.3.2 Описание технологического процесса приготовления сплава

АК9М3-К

сплав алюминиевый чушковый СТП 37.304.787-2002 марки АК9М3-К;

возврат собственного производства марки АК9М3-К.

В первую очередь в плавильную печь загружается порция возврата производства. По мере расплавления возврата в отключенную печь загружаются чушки сплава АК9М3-К. Производится расплавление шихты в плавильной печи под крышкой.

С целью снижения потерь металла в шлаке при температуре сплава (710±10) 0С производится его обработка рафинирующим флюсом (процесс обработки сплава рафинирующим флюсом, аналогичен процессу обработки сплава АК9ч, описанному в п. 2.5.1).

Заливается образец для анализа химического состава сплава, образец передается в спектральную лабораторию. Результат анализа передается на плавильный участок телефонограммой. При необходимости производится действия по корректировке химического состава. Сплав сливается из плавильной печи только при положительном результате анализа.

Затем сплав нагревается в плавильной печи до температуры (755±15) °С.

Готовый и годный по химическому составу металл сливается в ковш электропогрузчика, транспортируется к установке для дегазации.

При технологическом переливе жидкого металла из плавильной печи в ковш, а из него в раздаточную печь происходит рафинирование жидким флюсом.

.3.3 Описание технологического процесса приготовления сплава АК8М3ч

В состав шихты сплава АК8М3ч входят следующие компоненты:

алюминий первичный ГОСТ 11069-74 марок А7, А7Э, А7Е, А6, А5;

силумин ГОСТ 1583-93 марок АК12пч, АК12ч, АК12оч;

магний ГОСТ 804-93 марки Мг90;

цинк анодный ГОСТ 1180-90 марок Ц0, Ц1;

лигатура Al-Ti5;

лигатура Al-Be5;

лигатура Al-B3;

медь катодная ГОСТ 859-01 марок М0,М3;

возврат собственного производства марки АК8М3ч.

В первую очередь в плавильную печь загружается порция возврата производства марки АК8М3ч.

По мере расплавления возврата в отключенную печь загружаются чушки алюминия первичного и силумина. Производится расплавление шихты в плавильной печи под крышкой.

С целью снижения потерь металла в шлаке при температуре сплава (710±10) 0С производится его обработка рафинирующим флюсом (процесс обработки сплава рафинирующим флюсом, аналогичен процессу обработки сплава АК9ч, описанному в п. 2.1.4).

При помощи шумовки вводятся в сплав навески меди, цинка, лигатур и позднее магния, производится интенсивное замешивание до полного растворения.

Не менее, чем через 10 минут после ввода легирующих добавок заливается образец для анализа химического состава сплава, образец передается в спектральную лабораторию. Результат анализа передается на плавильный участок телефонограммой. При необходимости производится действия по корректировке химического состава. Сплав сливается из плавильной печи только при положительном результате анализа.

Затем сплав нагревается в плавильной печи до температуры (755±15) °С.

Готовый и годный по химическому составу металл сливается в ковш электропогрузчика, транспортируется к установке для дегазации.

При технологическом переливе жидкого металла из плавильной печи в ковш, а из него в раздаточную печь происходит рафинирование жидким флюсом.

.3 Рафинирование и модифицирование

Рафинированием называется процесс очищения металлов и сплавов от нежелательных примесей.

Рафинирование алюминиевых сплавов осуществляется в печи или ковше. В качестве рафинирующих средств используются флюсы, состоящие из хлористых и фтористых солей. Наиболее прогрессивным методом рафинирования является рафинирование жидким флюсом посредством технологических переливов жидкого металла из плавильной печи в ковш, а из него в раздаточную печь.

Рафинирование металла осуществляется следующим образом: в ковш непосредственно перед выпуском металла наливается определенное количество жидкого флюса, затем производится выпуск плавки из печи в ковш. При заполнении ковша за счет интенсивного перемешивания металла с жидким флюсом развиваются значительные поверхности контакта между ними, что обусловливает резкое снижение в сплаве неметаллических примесей и газов. Процесс продолжается и при последующем переливе металла с жидким флюсом из ковша в раздаточную печь, поскольку в раздаточную печь сначала сливается флюс, имеющий удельный вес меньше металла. Большая часть примесей и неметаллических включений реагирует с флюсом и поднимается в виде шлака на поверхность зеркала металла откуда его снимают. После рафинирования металл восстанавливается в течении 5 минут.

Модифицированием принято называть процесс искусственного изменения формы, величины и внутреннего строения зерен, образующихся при первичной кристаллизации. Модифицирование сплава является необходимой технологической операцией для сплавов с высоким содержанием кремния, если он кристаллизуется в виде двойной эвтектики. Пластинчатые частицы кремния снижают механические свойства сплава. Для модифицирования применяют натрий. При содержании 0,09% — 0,1% натрия в сплаве кремний кристаллизуется в виде мелких округленных частиц, что способствует повышению механических свойств.

Для модифицирования расплава вводится натрий до 0,08% от массы металла. Натрий может вводится в расплав как в чистом виде, так и в виде модифицирующих флюсов содержащих фтористые и хлористые его соли.

В результате модифицирования структура затвердевшего сплава становится весьма мелкозернистой, предел прочности увеличивается на 30-40% , а удлинение возрастает в 2-3 раза.

Готовый флюс используется для рафинирования и модифицирования жидких алюминиевых сплавов.

Состав флюса

Наименование материала	Химическая формула	%	Кг
Соль повареная пищевая	NaCl	56+3	145,0
Натрий фтористый	NaF	15+2	37,5
Криолит искусственный технический	Na3AlF6	6+2	15,0
Калий хлористый	KCl	20+3	52,5

В состав установки входит ванна выкатная для флюса, каркас, электродная группа, нагреватель, для пуска установки используется трансформатор понижающий печной.

Ванная выкатная для флюса представляет собой емкость закрепленную в подшипниках на сварной раме. Рама поставлена на колесо с внутренней стороны ванны. Зафутерована шамотным кирпичом. С наружной стороны наложена изоляция из стекловолокна. Каркас состоит из сварной цилиндрической обечайки закрепленной на стойках. Сверху к обечайке приварен патрубок для подключения к системе вентиляции. На каркасе имеется площадка с окном для крепления электродной группы. С лицевой стороны обечайки имеется другое окно для загрузки и выгрузки флюса, закрывается оно откидной дверкой.

Конструкция электродной группы предусматривает возможность перемещения электродов по вертикали по мере их обогревания и для выкатки ванны по горизонтали.

.4 Дегазация алюминиевых сплавов

Дегазация алюминиевых сплавов проводится с целью очистки от различных включений и загрязнений. Дегазация проводится непосредственно в разливочном ковше или в раздаточной печи.

Дегазация проводится методом продувки жидкого металла инертным газом — азотом ГОСТ 9293-74.

Характеристика азота: бесцветный газ малорастворимый в воде (2.3 мг/100г при10 0С; 0,8 мг/100г при 69 0С).

Получают азот ректификацией сжиженного атмосферного воздуха. Молекула азота состоит из 2-х атомов. Эти атомы прочно связаны друг с другом, чем и объясняется большая инертность азота при обычных условиях.

Азот в химическом отношении отличается большой инертностью. При обычной температуре (20 0С) он почти не способен вступать в реакцию. При нагреве довольно легко соединяется с некоторыми металлами: литием, магнием, кальцием, титаном. При очень высокой температуре азот непосредственно соединяется с кислородом и водородом.

.4.1 Описание технологического процесса дегазации сплава в

разливочном ковше

Подать и установить ковш с металлом под консоль установки типа FDN. Температура металла, сливаемого из печи должна быть 760-770 0С. металл в ковше должен быть рафинирован. Плавильщик должен убедиться, что ковш находится на полу, и графитовый стержень находится по центру ковша. Далее провести следующие операции:

─ погружение графитового стержня в жидкий металл;

─ вращение графитового стержня с одновременной подачей азота в жидкий металл;

─ выгрузка графитового стержня;

Время продувки азотом — 3 минуты при давлении 3 атмосферы.

Подать ковш к контрольному посту заливочных участков.

Выдержать сплав в ковше не менее 6 — 7 минут.

Снять шлак с зеркала металла в ковше.

Замерить температуру металла в ковше. Температура должна быть (700 — 730) 0С.

Примечание. Давление азота измерять манометром ГОСТ 2405-88, предел измерения от 0 до 2,5 кгс/см2 (0,25 МПа).

2.4.2 Описание по дегазации в раздаточных печах ИАКр-1,0

Плавильщику произвести дегазацию сплава в индукционной печи ИАКр-1.0,для чего на шкафу управления печи нажать кнопку черного цвета с надписью «Дегазация» (Процесс дегазации происходит в течении 5 минут, после чего происходит автоматическое отключение установки).

Выдержать сплав в течении 10 минут. Контроль времени производить по часам электрическим вторичным показывающим ЭВЧ ТУ 25-07.1503-82.

Наладчику заливочного участка установку баллона с аргоном для дегазации производить в следующей последовательности: установить на баллон с селикогелем, открыть вентиль баллона, при закрытом редукторе. Установить расход газа 8 л/мин вращением маховика (винта регулирующего), при этом на указателе расход газа должен быть на 10 единицах. Наладчику одновременно с заменой использованного баллона с аргоном, производить замену патрона селикогелем. Использованный патрон с открытой крышкой просушить на кольце раздаточной печи в течении 1 часа.

.5 Расчеты баланса и состава шихты для сплавов

.5.1 Расчеты баланса и состава шихты сплава АК9ч

По данным ведомости объемов производства (таблица 2.1) составляем баланс сплава АК9ч.

Таблица 2.3.

№ п/п	Наименование статей	%	тонн/год
1	Годное литье	43,65	3415,2
2	Литники и прибыли	49,85	3900,3
3	Брак отливок	3,0	234,75
Итого жидкого металла		96,5	7550,21
4	Угар и безвозвратные потери	3,5	538,1
Всего металлозавалка		100	7824,058

Расчет шихты производим на 1000кг жидкого сплава на основании баланса металла и химического состава сплава АК9ч.

Расчет ведем по среднему содержанию компонентов.= 9,25 %= 0,38 %= 0,27 % (берем повышенное содержание из-за большого угара)- остальное

.5.1.1 Определяем количество металлозавалки:

кг — 96,5 %

х — 100 % х = 1036,3 кг

.5.1.2 Определяем количество возврата производства в составе шихты (на основании баланса металла):

,85 % + 3 % = 52,85 %

,3 кг — 100 %

х — 52,85 % х = 547,7 кг

.5.1.3 Определяем количество свежих материалов:

,3 кг — 547,7 кг = 488,6 кг

.5.1.4 Определяем необходимое количество кремния:

,6 кг — 100 %

х — 9,25 % х = 45,2 кг

Кремний вводится в сплав в составе силумина, среднее содержание кремния в котором 11,7 %. Количество вводимого силумина составит:

,2 кг — 11,7 %

х — 100 % х = 386,3 кг

Процентное содержание силумина в шихте составит:

,3 кг — 100 %

,3 кг — х х = 37,28 %

.5.1.5 Определяем необходимое количество магния:

,6 кг — 100 %

х — 0,27 % х = 1,3 кг

Процентное содержание магния в шихте составит:

,3 кг — 100%

,3 кг — х х = 0,12 %

.5.1.6 Определяем необходимое количество марганца:

,6 кг — 100 %

х — 0,38 % х = 1,8 кг

Процентное содержание марганца в шихте составит:

,3 кг — 100%

,8 кг — х х = 0.17 %

2.5.1.7 Определяем необходимое количество алюминия первичного:

,6 кг — (386,3 кг + 1,3 кг + 1,8 кг) = 99,2 кг

Процентное содержание алюминия первичного в шихте составит:

,3 кг — 100%

,2 кг — х х = 9,58 %

Результаты расчетов заносим в таблицу 2.4

Таблица 2.4

Наименование материала	%	Масса на 1 тонну жидкого сплава, кг	Масса на тонну годного, кг
Возврат производства	52,85	547,7	1 210,26
Силумин	37,28	386,3	853,712
Марганец	0,17	1,8	3,893
Магний	0,12	1,3	2,748
Алюминий первичный	9,58	99,2	219,4
Итого	100	1036,3	2 290

.5.2 Расчеты баланса и состава шихты сплава АК9М3-К

По данным ведомости объемов производства (таблица 2.1) составляем баланс сплава АК9М3-К.

Таблица 2.5

№ п/п	Наименование статей	%	тонн/год
1	Годное литье	40,65	4859,0
2	Литники и прибыли	52,85	6317,301
3	Брак отливок	3,0	358,59
Итого жидкого металла		96,5	11534,9
4	Угар и безвозвратные потери	3,5	4183,64
Всего металлозавалка		100	11953,267

Расчет шихты производим на 1000кг жидкого сплава на основании баланса металла сплава АК9М3-К.

.5.2.1 Определяем количество металлозавалки:

кг — 96,5 %

х — 100 % х = 1036,3 кг

.5.2.3 Определяем количество возврата производства в составе шихты (на основании баланса металла):

,85 % + 3 % = 55,85 %

,3 кг — 100 %

х — 55,85 % х = 578,8 кг

.5.2.4 Определяем необходимое количество чушкового сплава АК9М3-К:

,3 кг — 578,8 кг = 457,5 кг

Процентное содержание чушкового сплава в шихте составит:

,3 кг — 100 %

,5 кг — х х = 44,15 %

Результаты расчетов заносим в таблицу 2.6

Таблица 2.6

Наименование материала	%	Масса на 1 тонну жидкого сплава, кг	Масса на 1 тонну годного, кг сплава, кг
Возврат производства	55,85	578,8	1 373,91
Чушковый сплав АК9М3-К	44,15	457,5	1 086,09
Итого	100	1036,3	2 460

.5.3 Расчеты баланса и состава шихты сплава АК8М3ч

По данным ведомости объемов производства (таблица 1.2) составляем баланс сплава АК8М3ч.

Таблица 2.7

№ п/п	Наименование статей	%	тонн/год
1	Годное литье	32,2	707,383
2	Литники и прибыли	61,3	1346,66
3	Брак отливок	3	65,905
Итого жидкого металла		96,5	2119,95
4	Угар и безвозвратные потери	3,5	151,087
Всего металлозавалка		100	2196,842

Расчет шихты производим на 1000кг жидкого сплава на основании баланса металла и химического состава сплава АК8М3ч.

Расчет ведем по среднему содержанию компонентов.= 7,75 %= 0,35 % (берем повышенное содержание из-за большого угара)= 3,0 %= 0,75 %= 0,18 %

В = 0,05 %

Ве = 0,18 %- остальное

2.5.3.1 Определяем количество металлозавалки:

кг — 96,5 %

х — 100 % х = 1036,3 кг

.5.3.2 Определяем количество возврата производства в составе шихты (на основании баланса металла):

,3 % + 3 % = 64,3 %

,3 кг — 100 %

х — 64,3 % х = 666,3 кг

.5.3.3 Определяем количество свежих материалов:

,3 кг — 666,3 кг = 370 кг

.5.3.4 Определяем необходимое количество кремния:

кг — 100 %

х — 7,75 % х = 28,7 кг

Кремний вводится в сплав в составе силумина, среднее содержание кремния в котором 11,7 %. Количество вводимого силумина составит:

,7 кг — 11,7 %

х — 100 % х = 245,3 кг

Процентное содержание силумина в шихте составит:

,3 кг — 100 %

,3 кг — х х = 23,69 %

.5.3.5 Определяем необходимое количество магния:

кг — 100 %

х — 0,35 % х = 1,3 кг

Процентное содержание магния в шихте составит:

,3 кг — 100%

,3 кг — х х = 0,12 %

.5.3.6 Определяем необходимое количество меди:

кг — 100 %

х — 3,0 % х = 11,1 кг

Процентное содержание меди в шихте составит:

,3 кг — 100%

,1 кг — х х = 1,07 %

.5.3.7 Определяем необходимое количество цинка:

кг — 100 %

х — 0,75 % х = 2,8 кг

Процентное содержание цинка в шихте составит:

,3 кг — 100%

,8 кг — х х = 0,27 %

.5.3.8 Определяем необходимое количество титана:

кг — 100 %

х — 0,18 % х = 0,7 кг

Титан вводится в сплав в составе лигатуры Al-Ti, в которой содержание титана составляет 5 %. Количество вводимой лигатуры составит:

,7 кг — 5 %

х — 100 % х = 14 кг

Процентное содержание лигатуры Al-Ti в шихте составит:

,3 кг — 100%

кг — х х = 1,35 %

.5.3.9 Определяем необходимое количество бериллия:

кг — 100 %

х — 0,18 % х = 0,7 кг

Бериллий вводится в сплав в составе лигатуры Al-Ве, в которой содержание бериллия составляет 5 %. Количество вводимой лигатуры:

,7 кг — 5 %

х — 100 % х = 14 кг

Процентное содержание лигатуры Al-Ве в шихте составит:

1036,3 кг — 100%

кг — х х = 1,35 %

.5.3.10 Определяем необходимое количество бора:

кг — 100 %

х — 0,05 % х = 0,19 кг

Бор вводится в сплав в составе лигатуры Al-В, в которой содержание бора составляет 3 %. Количество вводимой лигатуры составит:

,19 кг — 3 %

х — 100 % х = 6,3 кг

Процентное содержание лигатуры Al-В в шихте составит:

,3 кг — 100%

,3 кг — х х = 0,6 %

.5.3.11 Определяем необходимое количество алюминия первичного:

кг — (245,3 кг + 1,3 кг + 11,1 кг + 2,8 кг + 14 кг + 14 кг + 6,3 кг) = 75,2 кг

Процентное содержание алюминия первичного в шихте составит:

,3 кг — 100%

,2 кг — х х = 7,25 %

Результаты расчетов заносим в таблицу 2.8

Таблица 2.8

Наименование материала	%	Масса на 1 тонну жидкого сплава, кг	Масса на 1 тонну годного, кг
Возврат производства	64,3	666,3	1 996,5
Силумин	245,3	735,57
Магний	0,12	1,3	3,726
Медь	1,07	11,1	33,22
Цинк	0,27	2,8	8,38
Лигатура Al-Ti	1,35	14,0	41,91
Лигатура Al-Be	1,35	14,0	41,91
Лигатура Al-B	0,6	6,3	18,63
Алюминий первичный	7,25	75,2	225,11
Итого	100	1036,3	3 105

3. Проектирование отделений и участков литейного цеха

.1 Склад шихтовых материалов

Для бесперебойной работы цеха необходимо иметь минимальный, но в то же время достаточный запас материалов.

Снабжение цеха песком для изготовления стержневой смеси производится железнодорожным транспортом, а флюсами, пропиточными, смазочными, огнеупорными и другими материалами — автомобильным транспортом

Шихта для выплавки сплавов поступает с заводов-поставщиков в виде пакетов чушек весом 15 — 16 кг каждая. Каждый пакет весит в среднем около одной тонны.

Для разгрузки автомобильного транспорта, которыми доставляются пакеты с шихтой, применяются мостовые краны. На склад пакеты доставляются электропогрузчиками.

Для подачи шихты к плавильным печам предусмотрена система подачи тары и возврата ее по рольгангам. Перед загрузкой в плавильные печи шихта проходит через специальные печи для сушки и подогрева шихты. Эта операция применяется для удаления влаги и увеличения производительности плавильных печей.

В суточные бункера с пластинчатыми питателями шихтовые материалы загружаются при помощи мостового крана.

Возврат собственного производства в виде литников и прибылей поступает на склад шихтовых материалов по системе подземных ленточных транспортеров. На шихтовом дворе для возврата предусмотрено отдельное место хранения.

В проектируемом цехе применяется весовое дозирование шихты. Ее составляющие из суточных бункеров с помощью пластинчатых питателей подаются в бадью с открывающимся дном, установленную на весовой тележке.

Песок для приготовления стержневой смеси поступает в хопрах с Балашейского карьера и сразу разгружается, а по системе ленточных транспортеров транспортируется в закром для хранения. Для просеивания песка предусмотрено вибросито. В последние несколько лет на КМК «Сибэлектросталь» в базовый цех поступает уже просушенный песок, поэтому сушку песка в проектируемом цехе не применяем.

На шихтовом дворе металлы, флюсы, материалы хранятся строго по партиям.

Силумин, алюминий первичный, сплавы хранятся в таре высотой не более, чем в два яруса. Марганец металлический хранится в поступающей с завода-поставщика таре (металлических бочках).

Все материалы поступающие на шихтовый двор в цех, должны иметь сопровождающие сертификаты качества.

При поступлении влажного и загрязненного материала, дают им просохнуть в естественных условиях на шихтовом дворе и производят очистку чушек.

Марганец металлический кусковой перед подачей на плавильный участок размалывают в щековой дробилке до кусков не более 40х40.

Магний режут на летночно-пильном станке на равные части, укладывают в тару и подают на плавильный участок.

Возврат производства (литники, брак отливок) должен быть сухой, чистый, без наличия песка и остатков стержней, не иметь каркасов и не содержать инородных металлических и неметаллических включений

К шихтовым материалам, применяемым в проектируемом цехе, предъявляются следующие требования:

все шихтовые материалы должны загружаться в печь сухими и чистыми;

чушки шихты должны соответствовать требованиям ГОСТа;

не допускается перемешивание сплавов разных марок.

.2 Характеристика выпускаемых отливок

В проектируемом литейном цехе предусматривается производство отливок из сплавов АК9ч., АК9М3-К и АК8М3ч

Химический состав сплавов должен удовлетворять требованиям ГОСТ 1583 — 93. Химические составы приведены в таблице

.2.1 Характеристика отливки из сплава АК9ч

Сплав АК9ч относится к первой группе литейных сплавов по химическому составу (основа Al-Si-Mg).

Химический состав сплава АК9ч согласно ГОСТ 1583-93 приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Массовая доля % основного компонента
Si			Mg			Mn			Al
8-10,5			0,17-0,3			0,2-0,5			остальное
Массовая доля % примесей, не более
Fe	Cu	Zn		Ni	Pb		Sn	Be		Ti	Итого
0,9	0,3	0,3		0,1	0,05		0,01	0,1		0,15	1,4

Роль компонентов:

Кремний Si — повышает жидкотекучесть, прочность, жаростойкость.

Магний Mg — повышает механические свойства, увеличивает пористость.и Mg образуют химическое соединение, которое при нагреве под термообработку растворяется в твердом растворе, выпадает по границам зерен , делая структуру мелкозернистой, затем фиксируется в этом состоянии в закалочной среде (воде).

Марганец Mn — вводится в сплав для компенсации вредного влияния железа Fe, которое в свободном состоянии имеет игольчатое строение и снижает прочностные свойства сплава.

Медь Cu — повышает механические свойства, снижает коррозийную стойкость.

Технологические свойства сплава АК9ч согласно ГОСТ 1583-93 приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Жидкотеку-честь при 700°С, мм проба прутковая/ спиральная	Литей-ная усадка, eЛИТ, %	Объем-ная усадка, eV, %	Склонность к горячим трещинам, мм	Интервал кристал-лизации, DТ °С	Герметич-ность Давление газа/ давление воды	Плотность при 20°С/ ликвидус, кг/м3
380/800	1,0-1,1	3,2-3,4	Отсутствует	600/570	3/20 разрыв	2650/2460

Механические свойства сплава АК9ч согласно ГОСТ 1583-93 приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.4

Режим ТО	Сопротивление разрыву, sВ, МПа не менее	Относительное удлинение, d, % не менее	Твердость по Бринеллю, НВ, не менее
Т6	265 (27,0)	4,0	70

.2.2 Характеристика отливок из сплава АК9М3-К

Сплав АК9М3-К относится ко второй группе литейных сплавов по химическому составу (основа Al-Si-Cu).

Химический состав сплава АК9М3-К согласно СТП 37.304.787-2002 приведен в таблице 3.5.

Таблица 3.5

Массовая доля % основного компонента
Si		Cu		Mn		Mg			Al
8,0-11,0		1,5-3,5		0,1-0,5		0,1-0,5			остальное
Массовая доля % примесей, не более
Fe	Zn		Ni		Pb		Sn	Ti		Итого
0,8	1,0		0,3		0,2		0,1	0,15		2,55

Технологические свойства сплава АК9М3-К согласно СТП 37.304.787-2002 приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6

Жидкотеку-честь при 700°С, мм проба прутковая/ спиральная	Литейная усадка, eЛИТ, %	Объемная усадка, eV, %	Склонность к горячим трещинам, мм	Интервал кристал-лизации, DТ °С	Герметич-ность Давление газа/ давление воды	Плотность при 20°С/ ликвидус, кг/м3
420/850	0,9-1,03	3,0-6,86	Отсутствует	490/600	3/12 разрыв	2650/2460

Технологические свойства сплава АК9М3-К согласно СТП 37.304.787-2002 приведены в таблице 3.7.

Таблица 3.7

Режим ТО	Предел прочности, sВ, МПа не менее	Относительное удлинение, d, % не менее	Твердость по Бринеллю, НВ, не менее
Т1	157	2	90

.3.3 Характеристика отливок из сплава АК8М3ч

Сплав АК8М3ч относится ко второй группе литейных сплавов по химическому составу (основа Al-Si-Cu).

Химический состав сплава АК8М3ч согласно ГОСТ 1583-93 приведен в таблице 3.8.

Таблица 3.8

Массовая доля % основного компонента
Si	Mg		Cu	Zn		Ti		В	Al
7,0- 8,5	0,2-0,45		2,5-3,5	0,5-1,0		0,1-0,25		0,005-0,1	остальное
Массовая доля % примесей, не более
Fe		Cd			Zr		Итого
0,4		0,15			0,15		0,6

Роль компонентов:

Бериллий Be — способствует рафинированию, снижает отрицательное влияние железа на механические свойства.

Бор B — способствует рафинированию, измельчает структуру и повышает пластичность.

Цинк Zn — повышает механические свойства и ухудшает литейные.

Титан Ti — способствует измельчению структурных составляющих, повышает механическую прочность.

Технологические свойства сплава АК8М3ч согласно ГОСТ 1583-93 приведены в таблице 3.9.

Таблица 3.9

Жидкотеку-честь при 700°С, мм проба прутковая/ спиральная	Литейная усадка, eЛИТ, %	Объемная усадка, eV, %	Склонность к горячим трещинам, мм	Интервал кристал-лизации, DТ °С	Герметич-ность Давление газа/ давление воды	Плотность при 20°С/ ликвидус, кг/м3
420/850	0,9-1,03	3,0-6,8	Отсутствует	490/600	3/12 разрыв	2650/2460

Механические свойства сплава АК8М3ч согласно ГОСТ 1583-93 приведены в таблице 3.10.

Таблица 3.10

Режим ТО	Предел прочности, sВ, МПа не менее	Относительное удлинение, d, % не менее	Твердость по Бринеллю, НВ, не менее
Т6	295	2,5	85

.4 Расчет и проектирование плавильного отделения

.4.1 Расчет количества плавильных печей

Расчет количества печей производим по формулам:

;(1)

,(2)

где Р1 — расчетное число единиц оборудования;

К1 — коэффициент неравномерности производства (1.0-1.2), К1 = 1,2

К2 — коэффициент производительности, учитывающий отклонения от паспортных данных (0.8-1.0), К2 = 1- часовая производительность, т/час

Фд — действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч

В — годовая потребность в продукте с учетом брака и потерь, т

Р2 — принятое в проекте число оборудования

КЗ — коэффициент загрузки оборудования, КЗ = 0.8

Расчет производим отдельно для плавки каждого сплава.

3.4.1.1 Для плавки сплава АК9ч:

= 1,74;

= 2,2

Принимаем 3 печи для плавки сплава АК9ч.

.4.1.2 Для плавки сплава АК9М3-К:

= 2,66;

= 3,33

Принимаем 4 печи для плавки сплава АК9М3-К.

.4.1.3 Для плавки сплава АК8М3ч:

= 0,48;

= 0,61

Принимаем 1 печь для плавки сплава АК8М3ч.

Всего количество плавильных печей принимаем 8 шт.

3.4.2 Выбор и расчет оборудования для просушки и подогрева шихты

Для просушки и подогрева шихтовых материалов перед загрузкой в плавильные печи выбираем проходные камерные сушила ЭП 0055.00.

.4.2.1 Техническая характеристика сушил приведена в таблице 3.11.

Таблица 3.11

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Производительность, т/ч	4,0
2	Температура нагрева, 0С	200
3	Мощность печи, кВт	390
4	Количество зон нагрева	3
5	Напряжение сети, В	380
6	Габаритные размеры:
	— длина, мм	14285
	— ширина, мм	4000
	— высота, мм	3500

.4.2.2 Расчет количества проходных камерных сушил ЭП 0055.00

Для подсушки и подогрева шихтовых материалов применяем камерные сушила ЭП 0055.00.

Расчет количества сушил производим по формулам (1), (2):

= 0,95;

= 1,12

Принимаем 2 камерных сушила.

3.5 Проектирование заливочного отделения

В проектируемом цехе литьем в кокиль предусмотрено изготавливать 19 наименования отливок или 8982 тонн годного литья в год, литьем под низким давлением предусмотрено изготавливать 2 наименования отливок или 3019 тонн годного литья в год.

.5.1 Расчет количества кокильных машин

Отливки №№ 11, 13 (таблица 2.1) изготавливаются на заливочном комплексе. В состав комплекса входит: четырехпозиционных карусельно-кокильные машины 4980, механический заливщик 83М, две раздаточные печи ИАКр-1,0.

Количество ККМ-4980 рассчитываем по формулам (1), (2):

Таким образом, для производства данных отливок принимаем три заливочных комплекса.

Машина карусельно-кокильная модели 4980 предназначена для получения отливок из алюминиевых сплавов в кокиль, с вертикальной плоскостью разъема, с поддоном, с правой и левой подвижными плитами, с протяжкой торцевого и нижнего стержней и выталкиванием отливок из поддона. Плита поддона снабжена системой принудительного водяного охлаждения. Система управления — комбинированная пневматическая и электрическая и обеспечивает работу в полуавтоматическом режиме.

Техническая характеристика ККМ-4980 представлена в таблице 3.12.

Таблица 3.12

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Производительность, не менее отл/ч	30
2	Количество позиций, шт	4
3	Машинное время цикла, с	230
4	Расход охлаждающей воды, м3/ч	3
5	Расход сжатого воздуха, м3/ч	2,5
6	Масса дозы заливаемого металла, кг	50
7	Масса машины, кг	66600
8	Габариты, мм:
	диаметр	7000
	высота над уровнем пола	1950
9	Емкость гидробака, л	630

Механический заливщик модели 83М предназначен для дозирования, транспортировки и заливки алюминиевых сплавов в кокиля на кокильных машинах с массой заливаемого металла до 38 кг. Предусмотрена также возможность очистки ковша от окисных плен в камере выбивки при помощи обдува воздуха и вибратора на обратном пути от кокиля к раздаточной печи.

Режим работы заливщика — полуавтоматический. Система управления — программируемый контроллер.

Техническая характеристика механического заливщика модели 83М представлена в таблице 3.13.

Таблица 3.13

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	70
2	Наибольший угол поворота балки, град.	195
3	Наибольшее вертикальное перемещение ковша, мм	1250

Техническая характеристика раздаточных печей ИАКр-1,0 представлена в таблице 3.14.

Таблица 3.14

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Номинальная мощность , кВт	50
2	Производительность печи при расплавки т/ч	0,1
3	Точность поддержания температуры, 0С	± 10
4	Размеры ванны, мм: Длина Ширина Глубина	700 500 930
5	Габаритные размеры печи, мм: Длина Ширина Высота	1950 1350 1400
6	Масса печи, кг	4000
7	Питание печи от трехфазной системы	380, 50 Гц
8	Расход воды не менее, м3/ч	0,18

Отливки номер 1,2,4,5 (таблица 2.1) отливаются на заливочном комплексе. В состав комплекса входит: карусельно-кокильная машина модели 4979, механический дозатор модели 139М, раздаточные печи САТ-0,25.

Количество ККМ-4979 определяем по формулам (1), (2):

Таким образом, принимаем три заливочных комплекса.

ККМ-4979 предназначена для получения средних отливок из алюминиевых сплавов среднего развеса. Техническая характеристика данной машины приведена в таблице 3.15.

Таблица 3.15

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Производительность, отл/ч	70
2	Количество позиций, шт	4
3	Машинное время цикла, не более с	29
4	Габариты, мм:
	диаметр	4700
	высота	2283
7	Масса машины, кг	23020

Механический заливщик модели 139М предназначен для дозирования, транспортировки и заливки алюминиевых сплавов в кокиля на кокильных машинах с массой заливаемого металла до 20 кг.

Режим работы заливщика — полуавтоматический. Система управления — программируемый контроллер.

Техническая характеристика механического заливщика модели 139М представлена в таблице 3.16.

Таблица 3.16

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Время цикла, не более, с	40
2	Наибольший угол поворота балки, град.	195
3	Наибольшее вертикальное перемещение ковша, мм	1000

Для сохранения сплава в жидком состоянии, в непосредственной близи с заливочной машиной, принимаем тигельную электропечь сопротивления САТ-0,25.

Раздаточно-подогревательная печь САТ-0,25 выполнена в виде сварного металлического кожуха цилиндрической формы, футерованного легковестно-шамотным кирпичом. Нихромовые (Х20Н80) нагревательные элементы печи размещены по боковой поверхности рабочей камеры, они закреплены на крючках, которые вмонтированы в канавки корундовых полочек. Нагревательные элементы питаются электроэнергией от сети.

В верхней части футеровки вмонтировано литое опорное кольцо, выполненное из жаропрочного чугуна. На это кольцо устанавливается литой жаропрочный чугунный тигель. В нижней части печи расположено сливное отверстие.

Во избежание насыщения алюминиевого сплава железом, на чугунный тигель наносят специальную обмазку (60% мелкого кварцевого песка, 30% огнеупорной глины, 10% жидкого стекла)

Техническая характеристика САТ- 0,25 представлена в таблице 3.17

Таблица 3.17

	Технические данные	Показатели
1	Емкость печи	230 кг
2	Мощность	90 кВт
3	Напряжение	380 В
4	Число фаз	3
5	Количество тепловых зон	1
6	Мах рабочая температура	850оС
7	Внутренний размер тигля Мах диаметр Глубина	530 мм 700 мм
8	Габаритные размеры Длина Высота	1800 мм 1600 мм
9	Общий вес печи	2,6 т

Отливки номер: 3, 7, 8, 9, 10, 14, 15, 16, 17 (таблица 2.1) изготавливаются на заливочном комплексе. В состав входит: четырехпозиционная карусельно-кокильная машина модели 4932, механический заливщик модели 139М, раздаточная печь САТ-0,25.

Количество машин ККМ-4932 определяем также по формулам (1), (2):

В итоге принимаем два заливочных комплекса.

Карусельно-кокильная машина ККМ-4932 предназначена для производства мелких отливок.

Краткая техническая характеристика ККМ-4932 дана в таблице 3.18.

Таблица 3.18.

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Производительность, отл/ч	100
2	Количество позиций, шт	4
3	Вес порции заливаемого металла, кг	0,3-4,5
4	Расход охлаждаемой воды, м3/ч	0,4
5	Габариты, мм:
	диаметр	4000
	высота	2125

Технические характеристики механического заливщика модели 132М и раздаточно-подогревательной печи САТ-0,25 представлены в таблицах выше.

Отливка 6 (таблица 2.1) отливается на кокильной установке модели 14МС производства ОАО «ЗМЗ» производительностью 10 шт/ч.

Количество кокильных установок 14МС определяем по формулам (1), (2):

Таким образом, принимаем две кокильные установки 14МС.

Данная установка предназначена для изготовления отливок с уменьшенной литниковой системой из алюминиевых сплавов, сложной конфигурации и, в том числе с металлическим стержнем. Установки наклонного типа применяются для материалов с тенденцией к окислению и пенообразованию. В результате наклона происходит снижение скорости потока металла при заполнении, что приводит к снижению пенообразования.

Достоинством данного типа оборудования является:

направленная кристаллизация отливки, которая происходит благодаря медленному наклону формы в процессе заполнения;

низкая высота падения металла при заполнении формы, та как процедура наклона в то же время выполняет функцию торможения;

низкая высота падения намного сокращает завихрения воздуха в расплаве и способствует плавному заполнению форму;

постоянное статистическое давление в процессе заполнения формы, которое особенно важно при производстве тонкостенных отливок;

хорошее распределение и направленная кристаллизация в направлении заливочной чаши, что снижает необходимость точного вычисления параметров заливки и системы литников.

Техническая характеристика установки 14МС дана в таблице 3.19.

Таблица 3.19

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Производительность, отл/ч	17
2	Количество кокилей, шт	1
3	Время цикла машинное, с	50
4	Размер кокильных плит, мм	530х780
5	Угол поворота станка, град.	55-90
6	Масса машины, кг	5807

Отливка 12 (таблица 2.1) изготавливаются на заливочном комплексе. В состав комплекса входит: шестипозиционная карусельно-кокильная машина 4920, механический заливщик 139М, две раздаточные печи ИАКр-1,0.

Количество ККМ-4920 рассчитываем по формулам (1), (2):

Таким образом, для производства данных отливок принимаем три заливочных комплекса.

Техническая характеристика секции ККМ 4920 дана в таблице 3.20.

Таблица 3.20

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Производительность, отл/ч	5
2	Количество кокилей, шт	1
3	Время цикла машинное, с	50
4	Размер кокильных плит, мм	900х780
5	Масса машины, кг	1500

Технические характеристики механического заливщика модели 132М и раздаточной печи АИКр-1,0.

Отливки 18, 19 заливаются на заливочном комплексе. В состав комплекса входит машина литья под низким давлением мод.03МП и эл.печь нагревательная 4188.

Количество машин ЛНД 03МП рассчитываем по формулам (1), (2):

Таким образом, для производства данных отливок принимаем четыре заливочных комплекса.

Машина ЛНД 03МП предназначена для получения отливок головок цилиндров в прессформе с подачей алюминиевого сплава под низким давлением из электрической печи в поддон прессформы. Техническая характеристика секции машины ЛНД мод.03МП дана в таблице 3.21.

Таблица 3.21

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
	Производительность, отл/ч	12
	Количество кокилей, шт	1
	Время цикла машинное, с	30
	Мощность, кВт	15
	Габаритные размеры: Длина Ширина Высота	1885 1812 4751
	Масса машины, кг	8470

Техническая характеристика и нагревательнаой эл.печи 4188 представлена в таблице 3.22

Таблица 3.22

№ п/п	Технические данные	Показатели
	Емкость печи, кг	600
	Мощность, кВт	57
	Напряжение, В	132
	Тип электронагревателя	КЭН ВП-25/800/350
	Мах рабочая температура, 0С	750
	Габаритные размеры Длина Ширина Высота	2800 2360 2100
	Общий вес печи, кг	6100

Перед заливкой кокиля очищаются от старой краски, нагара при помощи установки «Cold Jet» гранулами сухого льда, разогреваются газовой горелкой до температуры 280-350 °С и окрашиваются кокильными краской марки «Ставрол 700К»- рабочая поверхность кокиля, краской марки «Ставрол 700П»- литниковая система кокиля.

С участка заливки по подвесному конвейеру отливки проходят период охлаждения и поступают на участок выбивки для удаления песчаных стержней. Далее отливки поступают на обрезной участок, где происходит обрубка литников, обрезка прибылей, зачистка заливов. После данных операций производится термическая обработка отливок по режиму Т6 (закалка плюс искусственное старение).

.6 Проектирование участка смесеприготовления и изготовления

стержней

Выбор смесей и способов получения стержней в значительной мере определяется их размерами, сложностью и серийностью производства. При определении годового количества и массы стержней следует учитывать потери, которые имеют место из-за брака отливок, форм и из-за поломки стержней и т.п. эти потери обычно составляют около 10 %.

В базовом цехе стержни в основном изготавливаются при помощи ручной формовки или на стержневых автоматах, работающих на горячей оснастке.

Так как изготовление стержней по горячей оснастке, становится все менее популярным, то в проектируемом литейном цехе стержни будем изготовлять из холодно-твердеющих смесей (ХТС).

Для изготовления стержней из холодно-твердеющих смесей применяем оборудование германской фирмы «Laempe».

Использование холодно-твердеющих смесей по сравнению со смесями, приготовляемыми на горячей оснастке, дает следующие значительные преимущества:

повышение точности стержней;

изготовление сложных стержней без склейки;

низкий брак (отверждение по всему объему);

короткий цикл производства;

значительное удешевление оснастки (в частности, отсутствие электронагревателей и защитных кожухов для них);

экономия энергоресурсов.

Процесс изготовления стержней из холодно-твердеющих смесей основан на способности сыпучей песчано-смоляной смеси, заключенной в стержневой ящик, отверждаться при комнатной температуре.

Быстрое развитие процесса началось после внедрения специальных синтетических связующих.

Главное преимущество процесса — высокая точность в сочетании с высоким качеством стержней.

В отличии от стержней из песчано-глинистых смесей стержни из холодно-твердеющих смесей не нуждаются в сушке.

Холодно-твердеющие смеси позволяют изготавливать стержни в ящиках из любого материала (дерева, металла, пластмассы); увеличивать плотность стержня (так как отсутствует преждевременное отверждение смеси в процессе надува); сокращать время на изготовление смесей (15 — 20 с) и повышать пластичность.

Применение ХТС экономически оправдано даже в условиях единичного и массового производства.

Для производства стержней по «Cold-Box-Amin» — процессу применяют стержневую смесь, состоящую из формовочного кварцевого песка и связующей композиции, которую отверждают продувкой газовым катализатором. Катализатор подводят под давлением при комнатной температуре или в предварительно подогретом состоянии через уплотненную в модельной оснастке стержневую смесь. Во время продувки стержневой смеси катализатор находится в парообразном состоянии, причем катализатор разбавляют воздухом. Отверждение стержневой смеси наступает мгновенно. Свою окончательную прочность стержни достигают приблизительно через час. Относительные значения прочности стержня зависят от качества применяемых компонентов.

Связующая композиция состоит из полиуретановой смолы и полиизоцианата.

В качестве катализаторов при процессе Coldbox применяют амины.

Температура окружающей среды в зоне расположения смесителя LVM 5,0 должна быть не ниже +18 °С.

Помещение для хранения исходных компонентов должно быть оборудовано механической общеобменной вентиляцией по ГОСТ 12.4.021.

Связующее представляет собой композицию, состоящую из трех компонентов фирмы «Perstorp Ferguson Limited», г. Санкт-Петербург:

раствор формальдегидной смолы — Politec E 2080;

раствор полиизоцианата — Politec E 9000;

третичный амин — Politec G89.

Для приготовления холодно-твердеющих смесей используются материалы:

песок формовочный кварцевый Балашейского ГОК марок 2К2О3О2 и 2К2О3О3;

связующие фирмы «Perstorp Ferguson Limited», г. Санкт-Петербург (см. таблицу 3.23.).

Характеристики составляющих стержневой смеси указаны в таблице 3.23.

Таблица 3.23.

№ п/п	Наименование материала, марка	НД	Краткая характеристика	Срок хранения	Особые указания
1	Песок формовочный кварцевый Балашейский	ГОСТ 2138-91	Марка 2К2О3О2 и 2К2О3О3	Не ограничен	Составляет основу стержневой смеси
2	Politec E 2080	Паспорт качества фирмы «Perstorp»	Умеренно вязкая жидкость светло-желтого цвета	6 месяцев	Феноло-формальдегид-ная смола
3	Politec E 9000		Умеренно вязкая жидкость темно-коричневого цвета	6 месяцев	Полиизоцианат
4	Politec G89		Бесцветная жидкость	1-2 года	Триэтиламин — катализатор, ускоритель отверждения связующего

Физико-механические свойства смеси представлены в таблице 3.24.

Таблица 3.24

Состав стержневой смеси			Физико-механические свойства смеси
Песок Балашейский, % (кг)	Смола, % (кг)	Полиизоциа-нат, % (кг)	Сухая прочность не менее, кг/см2	Газотворная способность не более, г/см3
100 (50)	0,3-0,5 (0,15-0,25)	0,3-0,5 (0,15-0,25)	3,5-5,0	4,0
100 (50)	0,5-0,6 (0,25-0,3)	0,5-0,6 (0,25-0,3)	6,0-7,0	4,5
100 (50)	0,5-0,7 (0,25-0,35)	0,5-0,7 (0,25-0,35)	6,0-7,5	4,5-5,0
100 (50)	0,6-0,8 (0,3-0,4)	0,6-0,8 (0,3-0,4)	7,0-10,0	5,0
100 (50)	0,7-0,8 (0,35-0,4)	0,7-0,8 (0,35-0,4)	7,0-10,0	5,0

В проектируемом цехе для приготовления стержневой смеси и стержней применяем оборудование германской фирмы «Laempe». В комплект поставляемого оборудования входят: вертикальный смеситель типа LVM 5,0, пескострельные автоматы для производства стержней моделей LB50 и LL5 и скруббер для очистки воздуха.

Вертикальный смеситель LVM 5,0 предназначен для приготовления холодно-твердеющей смеси

Все операции, связанные со смесеприготовлением, например, выбор рецептуры, дозировка компонентов, продолжительность дозировки и освобождение рабочего пространства смесителя, задают в диалоге с управляющим компьютером. Для ввода значений параметров оператор не нуждается в особых знаниях по программированию. Режим работы смесителя контролируют непрерывно, ошибки опознаются автоматически.5,0 состоит из:

вертикального смесителя с приводом;

резервуара для свежего песка с объемным дозатором;

системы объемной дозировки связующего;

Смесители располагаются непосредственно над стержневыми автоматами.

Техническая характеристика смесителя LVM 5,0 представлена в таблице 3.25.

Таблица 3.25

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Емкость трубки смесителя, л	5
2	Производительность стержневой смеси, т/ч	5
3	Мощность смесителя, кВт	9
4	Рабочее давление сжатого воздуха, атм	6
5	Расход воздуха при постоянной работе и давлении 6 атм, м3/ч	8

В качестве стержневых автоматов выбираем стержневые автоматы фирмы «Laempe» типа LB50 и LL5.Стержневая смесь на данных автоматах уплотняется в модельной оснастке пескострельным способом.

Программа стержневого участка представлена в таблице 3.26.

Таблица 3.26

№ п/п		Наименование отливки	Модель автомата			Количество стержней в одной отливке, шт.		Номер стержня		Количество стержней в ящике, шт.		Масса стержня, кг		Программа стержней, шт/год		Брак стержней, %		Годовая программа стержней с учетом брака
																		шт/год		т/год
1		2	3			4		5		6		7		8		9		10		11
1		4062.1008015 «Труба впускная»	LB50			1		1		2		3,66		246750		10		271425		993,4
2		4062.1008118 «Ресивер»	LB50			1		1		4		4,95		246750		10		271425		1343,5
3		4061.1307015 «Корпус водяного насоса»	LL5			1		1		2		0,45		236250		10		259875		116,9
6		4063.1008015 «Труба впускная»	LB50			2		1		4		1,6		47250		10		51975		83,16
			LB50					2		4		1,5		47250		10		51975		77,96
7		514.1008015 «Труба впускная»	LB50			1		1		2		3,7		47250		10		51975		192,30
8		514.1008118 «Ресивер»	LB50			1		1		4		2,7		47250		10		51975		140,33
9		514.1118066-«Патрубок»	LL5			2		1		1		1,17		47250		10		51975		60,81
			LL5					2		3		0,06		47250		10		51975		3,11
10		514.1118055-«Патрубок»	LL5			1		1		1		1,16		47250		10		51975		60,3
11		514.1307015 «Корпус водяного насоса»	LL5			1		1		2		0,45		47250		10		51975		23,4
1	2			3	4		5		6		7		8		9		10		11
12	406.1003015 «Головка цилиндров»			LB50	6		1		2		2,35		241500		10		265650		624,3
				LB50			2		6		1,49		241500		10		265650		395,8
				LB50			3		9		0,96		241500		10		265650		255,0
				LB50			4		3		8,15		241500		10		265650		2165,0
				LB50			6		2		6,65		241500		10		265650		1766,6
				LB50			7		6		3,6		241500		10		265650		956,3
13	4021.1003015 «Головка цилиндров»			LB50	3		1		2		2,8		126000		10		138600		388,1
				LB50			2		6		2,5		126000		10		138600		346,5
				LB50			3		6		2,5		126000		10		138600		346,5
14	514.1003015 «Головка цилиндров»			LB50	10		1		1		15,7		47250		10		51975		816,0
				LB50			2		2		1,22		47250		10		51975		63,4
				LB50			3		2		2,3		47250		10		51975		119,5
				LB50			4		2		1,4		47250		10		51975		72,8
				LB50			5		2		1,23		47250		10		51975		63,9
				LL5			6		1		0,75		47250		10		51975		39,0
				LL5			7		1		2,64		47250		10		51975		137,2
				LL5			8		1		0,8		47250		10		51975		41,6
				LB50			9		2		7,8		47250		10		51975		405,4
				LB50			10		2		6,3		47250		10		51975		327,4
15	514.1111450 «Кронштейн»			LB50	1		1		4		3		47250		10		51975		155,9
16	53-11-1003015 «Головка цилиндров»			LB50	3		1		2,4		99750		10		109725		263,3
				LB50			2		6		0,85		99750		10		109725		93,3
				LB50			3		6		0,6		99750		10		109725		65,8
17	66-06-1003015 «Головка цилиндров»			LB50	3		1		2		2,4		99750		10		109725		263,3
				LB50			2		6		0,85		99750		10		109725		93,3
				LB50			3		6		0,6		99750		10		109725		65,8

Преимущество технологии фирмы «Laempe» состоит в применении вакуума и пневматических фиксаторов частей стержневого ящика. За счет этого затраты времени на замену комплекта модельной оснастки уменьшаются до минимума.

Потребное количество стержневых автоматов LB50 определяем по формуле (1)

Таким образом, принимаем четыре пескострельных автомата типа LB50.

Техническая характеристика данного автомата приведена в таблице 3.27.

Потребное количество стержневых автоматов типа LL5 также определяем по формуле (1):

Таким образом, принимаем два пескострельных автомата типа LL5. Техническая характеристика данного автомата приведена в таблице 3.27.

Таблица 3.27

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Объем	50
2	Максимальный вакуум, атм	-0,8
3	Максимальная ширина ящиков, мм	600х1190
4	Максимальная высота ящиков, мм	900
5	Максимальная глубина ящиков, мм	1000
6	Среднее машинное время, с	20
7	Время замены ящиков, мин	8
8	Максимальное количество стержней в ящике, шт	9
9	Максимальный вес ящика, кг	1800
10	Быстрота действия вакуумного насоса, м3/ч	25

Таблица 3.28

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Объем	5
2	Максимальный вакуум, атм	-0,8
3	Максимальная ширина ящиков, мм	200х370
4	Максимальная высота ящиков, мм	375
5	Максимальная глубина ящиков, мм	400
6	Среднее машинное время, с	10
7	Время замены ящиков, мин	3-5
8	Максимальный вес ящика, кг	60
9	Быстрота действия вакуумного насоса, м3/ч	25
10	Расход воздуха при постоянной работе и давлении 6 атм, м3/ч	2,5
11	Общий вес установки, кг	2500

В комплект поставки скруббера входит:

массообменная колонна;

нейтрализатор;

устройство автоматической дозировки реагентов;

емкость для щелочи;

емкость для кислоты;

фильтр для устранения твердых фракций;

вентилятор;

блок управления.

Техническая характеристика скруббера для очистки воздуха приведена в таблице 3.29.

Несмотря на ощутимые и неоспоримые преимущества способ изготовления стержней на основе ХТС имеет весьма существенные недостатки. При изготовлении стержней выделяется значительное количество токсичных веществ.

Эту проблему в проектируемом цехе решаем при помощи скруббера для очистки воздуха.

Таблица 3.29

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Производительность, м3/ч	16000
2	Рабочая температура воздуха, °С	20
3	Максимальная концентрация амина, мг/м3:
	во входящем воздухе	150
	в выходящем воздухе	5
4	Мощность, кВт	25
5	Габариты, мм:
	длина	4800
	ширина	6770
	высота	6500

.7 Проектирование участка регенерации отработанных смесей

С целью сокращения расхожа формовочных материалов отработанные смеси после разрушения подвергают регенерации.

Регенерация — обработка использованной смеси с целью возврата песков в производство, повторное применение которых не должно снижать качества смеси.

При регенерации отработанных смесей, содержащих связующие материалы органического и неорганического происхождения, восстанавливается лишь их огнеупорная основа. Конечным продуктом регенерации в этом случае является формовочный песок (регенерат), используемый в качестве заменителя свежего песка при изготовлении формовочных и стержневых смесей.

Регенерации подвергаются отработанные смеси с участков выбивки стержней, а также отвальные смеси из различных точек литейного цеха. К числу основных операций процесса регенерации отработанных смесей относят: дробление комьев смеси, отделение металлических включений, отсев спекшихся комочков смеси, отделение инертных наслоений с поверхности зерен песка, удаление пылеобразных веществ.

Применение регенерированного песка в приготовлении стержней методом ХТС дает возможность заменить до 95% свежего песка регенератом и уменьшить ввод связующего. Простота процесса регенерации и компактность оборудования при вели к широкому распространению установок механической регенерации LKZ-1,5 ф. Lampe

После регенерации песок с помощью системы пневмотранспорта подается в бункер для стержневой смеси над смесителями.

.8 Проектирование участка выбивки стержней

Во избежание механических повреждений каждый вид отливок выбивается согласно технологии.

С заливочного участка отливки, изготавливаемые с применением стержней, подаются на участок выбивки подвесным толкающим конвейером. Выбивные комплексы отгорожены от остального цеха для уменьшения воздействия шума на работающих в других отделениях.

Выбивка стержней производится на выбивных комплексах «Fill», Австрия.

Комплекс предназначен для выбивки стержней отливок из алюминиевых сплавов массой до 90 кг.

Комплекс состоит:

кабина

свингмастер (наклонная выбивная решетка с изменяющейся амплитудой колебания)

маятниковые станции ( две штуки)

крепежное приспособление

гидростанция

электрошкаф с пультом управления

манипулятор для загрузки отливок (для крупных отливок)

Принцип работы:

Открывается защитное ограждение и при помощи манипулятора отливка загружается на рабочее приспособление свингмастера. Закрываются раздвижные дверки кабины. Производится выбивка отливок на свингмастере по заданной программе.

Затем отливка подается к маятниковой станции, где продолжается выбивка молотками с измененной частотой колебания.

После цикла выбивки отливка манипулятором (или вручную) вынимается из кабины.

Песок просыпается в нижнюю часть и по направляющим отводится на ленточный транспортер.

Расчет количества выбивных станков производим по формулам (1 ), (2):

В результате принимаем шесть выбивных комплексов.

Техническая характеристика выбивного комплекса представлена в таблице 3.30.

Таблица 3.30

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
	Общий вес , кг	4400
	Габаритные размеры, мм	7000 х 600 х 2500
	Рабочее давление гидросистемы , МПа	16
	Частота колебаний	16 Гц
	Суммарная мощность двигателя , кВт	12,5
	Максимальный вес заготовок, кг	280
	Размер рабочего приспособления	1200 х 600
	Род тока переменный трехфазный частотой / напряжение	50 Гц / 380 В

.9 Проектирование обрубного отделения

На участок обрубки литников и прибылей отливки поступают на подвесном толкающем конвейере.

Для удаления литниковой системы, технологических припусков и зачистки по линии разъема отливок применяем роботизированные обрабатывающие центры.

Вышеуказанные центры применяют для отливок из алюминиевых сплавов весом до 30 кг с твердостью от 50-80 до 120 НВ.

Обрабатывающий центр состоит из:

ограждающая кабина

робот — установщик (у LCC-120)

поворотный портал со съемными приспособлениями

обрабатывающий робот

инструментальный шкаф

система уборки литников и стружки

гидростанция

пульт управления

электрошкаф

шаговые накопительные устройства (для LCC-120)

Работа обрабатывающего центра.

Установленная отливка подается по накопительному устройству к позиции загрузки. Роботом-загрузчиком отливка устанавливается на рабочее приспособление и при помощи гидравлических зажимов производится фиксация отливки в приспособлении (на приспособлении имеется «метка» для распознавания заготовки и в зависимости от этого запускается нужная программа обработки).

Портал поворачивается на 900 и заготовка подается в зону обработки. Обрабатывающий робот согласно заданной программы, инструмента обрабатывает заготовку. Удаленные литники по подземной системе подаются на склад возврата.

Портал возвращается в исходное положение, робот-загрузчик вынимает отливку из рабочего приспособления и устанавливает на шаговый накопитель. Отливки подаются к месту разгрузки.

Для обрезки литников и прибылей отливок номер 11, 12, 13, 18, 19, (таблица 2.1.) принимаем механизированную линию LCC 120

Потребное количество механизированных линий LCC 120 определяем по формулам (1), (2)

Таким образом, принимаем четыре механизированных линий LCC 120.

Техническая характеристика механизированных линий LCC 120 приведена в таблице 3.32.

Таблица 3.32

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
	Общий вес , кг	12 500
	Габаритные размеры, мм	5500 х 12500
	Рабочее давление гидросистемы , МПа	16
	Размер рабочего приспособления	600 х 1200
	Суммарная мощность двигателя , кВт	22,5
	Род тока переменный трехфазный частотой / напряжение	50 Гц / 380 В
	Min расход воздуха при min давлении 0,6 Мпа, м3/час	5
	Манипулятор. усилие на руку, кг	50
	Тип манипулятора	ABB IRB 6600
	Кол-во манипуляторов	3
	Максимальный вес заготовок, кг	45

Для обрезки литников и прибылей отливок номер 1, 2, 4, 5 (таблица 2.1.) принимаем механизированную линию LCC 350

Потребное количество механизированных линий LCC 350 определяем по формулам (1), (2)

Таким образом, принимаем две механизированные линии LCC 350.

Техническая характеристика механизированных линий LCC 350 приведена в таблице 3.33.

Таблица 3.33

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
	Общий вес , кг	9 500
	Габаритные размеры, мм	4500 х 600
	Рабочее давление гидросистемы , МПа	16
	Размер рабочего приспособления	500 х 1000
	Суммарная мощность двигателя , кВт	17
	Род тока переменный трехфазный частотой / напряжение	50 Гц / 380 В
	Min расход воздуха при min давлении 0,6 Мпа, м3/час	3
	Манипулятор. усилие на руку, кг	10
	Тип манипулятора	ABB IRB 6400
	Кол-во манипуляторов	2
	Максимальный вес заготовок, кг	20

Для обрезки литников и прибылей отливок номер 3, 6, 7, 8, 9, 10, 14, 15, 16, 17 (таблица 2.1.) принимаем механизированную линию LCC 420

Потребное количество механизированных линий LCC 420 определяем по формулам (1), (2)

Таким образом, принимаем одну механизированную линию LCC 420.

Техническая характеристика механизированных линий LCC 420 приведена в таблице 3.34.

Таблица 3.34

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
	Общий вес , кг	7 500
	Габаритные размеры, мм	4000 х 550
	Рабочее давление гидросистемы , МПа	16
	Размер рабочего приспособления	500 х 1000
	Суммарная мощность двигателя , кВт	12,5
	Род тока переменный трехфазный частотой / напряжение	50 Гц / 380 В
	Min расход воздуха при min давлении 0,6 Мпа, м3/час	3
	Манипулятор. усилие на руку, кг	5
	Тип манипулятора	ABB IRB 4400
	Кол-во манипуляторов	2
	Максимальный вес заготовок, кг	8

3.10 Проектирование участка термической обработки

Термическая обработка литых деталей из алюминиевых сплавов способствует их значительному упрочнению, в ряде случаев улучшению обрабатываемости резанием, повышению коррозионной стойкости и т.д. [12, стр. 156].

Отливки из алюминиевого сплава АК9ч проходят термическую обработку по режиму Т6: закалка и искусственное старение (максимальное упрочнение).

Назначение режима в получении максимальной прочности за счет некоторого снижения пластических свойств деталей. Искусственное старение осуществляется в условиях повышенных температур (175 — 185 °С) и продолжительной выдержки (5 часов и более).

При старении происходит процесс распада твердого раствора, обусловливающий высокое дисперсионное твердение.

Сочетание закалки с последующим искусственным старением обеспечивает получение наиболее высокой прочности деталей.

Детали, подлежащие термической обработке, должны быть рассортированы по сплавам и габаритным размерам (в нашем случае сплав один).

Параметры режима термообработки Т6 даны в таблице 3.35.

Отливки, подвергаемые термообработке, имеют высокие механические свойства. Высокая температура повышает растворимость упрочняющих компонентов в сплаве. Максимальный переход упрочняющих компонентов в твердый раствор дает необходимые прочностные характеристики. Закалка способствует равномерному распределению атомов легирующих элементов в кристаллической решетке твердого раствора.

Закалка отливок в проектируемом цехе производится в полуавтоматической горизонтальной толкательной печи модели ОКБ 2020. Печь имеет пять тепловых зон, служащих для нагрева и выдержки деталей и закалочный бак для их охлаждения. Нагрев осуществляется постоянно циркулирующим горячим воздухом, подогретым в калориферах. Заданная температура каждой зоны контролируется от индивидуальных термопар. Нагруженные два ряда поддонов с отливками проталкиваются последовательно через все зоны печи.

Таблица 3.35. Режим обработки Т6.

Закалка			Старение
Температура нагрева, °С	Выдержка, ч	Охлаждаю-щая среда и температу-ра, °С	Температура нагрева, °С	Выдержка, ч	Охлаждаю-щая среда	2-6	Вода, 20-100	175±5	10-15	Воздух

Техническая характеристика термической печи ОКБ 2020 представлена в таблице 3.36.

Таблица 3.35

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Мощность, кВт	230
2	Рабочая температура, °С	550
3	Число тепловых зон, шт	5
4	Производительность при рабочей температуре, шт/ч	85
5	Размеры рабочего пространства, мм:
	длина	8270
	ширина	1700
	высота	600

Расчет количества печей для проектируемого цеха ведем по формуле (1) (2):

В итоге принимаем пять закалочных печей типа ОКБ 2020 .

Старение производим в печах марки ОКБ 4023, которые предназначены для производства операции отпуска (старения) алюминиевых отливок в атмосфере нагретого воздуха. Основной несущей частью печи является каркас, на который монтируется шахта. Внутри шахта разделена на два канала перегородкой. По одному каналу происходит подъем отливок на этажерках. В этот момент идет нагрев отливок до технологической температуры. По второму каналу этажерки с отливками опускаются вниз. Печь оборудована рециркулярной вентиляционной установкой с воздухоотводом.

Техническая характеристика термической печи искусственного старения ОКБ 4023 представлена в таблице 3.36.

Расчет ведем по формуле (1) (2):

Принимаем пять печей старения ОКБ 4023 .

Таблица 3.36

№ п/п	Наименование характеристики	Значение
1	Максимальная температура, °С	200
2	Время термообработки, ч	9
3	Производительность, шт/ч	100
4	Размеры рабочего пространства, мм:
	длина	3390
	ширина	2150
	высота	11700

Для придания отливкам товарного вида применяют очистку отливок дробью, гидроабразивную, вибрационную, ультразвуковую, химическую, электрохимическую и другие виды обработки.

Наибольшее распространение нашла очистка отливок дробью. Для очистки дробью используют дробеструйные камеры периодического и непрерывного действия, проходные дробеметные камеры, в которых проводится очистка отливок, подвешенных на подвесках с несколькими крюками, вращающихся вокруг своей оси при движении через камеру, и на них направляется поток дроби. Дробь может выбрасываться сжатым воздухом или лопатками вращающихся турбин. Последний способ выбрасывания дроби применяется чаще, так как он примерно в 10 раз эффективнее дробеструйного, а его энергоемкость также в 10 раз меньше.

Для обработки отливок в проектируемом цеха применяем проходные дробеметные камеры ф. «Schlik».

Расчет количества дробеметных камер для отливок номер 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9, 11, 12, 13, 18, 19 (таблица 2.1.) производим по формулам: (1), (2)

Принимаем три дробеметных камеры производительностью 220 отл/ч

Технические характеристики дробеструйной установки представлены в таблице 3.37.

Таблица 3.37

Параметры	Значение
Производительность , кг/мин	180
Мощность привода , квт	11
Максимальная нагрузка ,кг	500
Максимальный вес детали ,кг	25.

После обработки в дробеметных устройствах отливки проходят контроль на герметичность в спец.установках производства ОАО «ЗМЗ». На каждое наименование отливки приходится одна гидроустановка, на 19 наименований отливок принимаем 19 гидроустановок с производительность до 100 шт/ч.

После термообработки отливки подвергаются проверке на твердость специальным прибором. Затем отправляются на склад готовой продукции, который находится в непосредственной близости от участка термической обработки и зачистки деталей, что позволяет без дополнительной транспортировки доставлять контейнерами продукцию на склад. Со склада отливки вывозятся потребителю.

.11 Контроль отливок

.11.1 Контроль химического состава

В цеховой лаборатории проверку химического состава сплава производят методом спектрального анализа. Химическому анализу подвергаются составные части шихты сплава, расплавы всех плавок. Проверяют основные элементы сплава и количество вредных примесей.

Спектральный анализ основан на рассмотрении спектра излучения при воздействии дугового разряда на поверхность материала. По спектру определяют качественный и количественный состав сплава.

.11.2 Контроль исполнителем при заливке

Заливщик в процессе работы производит контроль качества внешнего вида отливок, согласно установленным требованиям. Не допускаются: неспаи, трещины, раковины, рыхлоты, утяжины. Наружная и внутренние поверхности отливок должны быть чистыми, без включений.

3.11.3 Контроль исполнителем после обрубки

Обрубщик производит визуальный контроль отливок на соответствие требований технической документации. Не допускаются сколы, зарезы, отпечатки от прижимов и упоров в теле отливки.

.11.4 Контроль геометрии отливок

Контроль линейных размеров отливок производится:

при сдаче новой оснастки;

после ремонта и доводки действующей оснастки;

контроль один раз в неделю с каждой работающей формы.

.11.5 Приемочный контроль по внешнему виду

На контрольный пост ОТК предъявляются партии отливок с маршрутной картой. Контроллер ОТК проверяет визуально внешний вид отливок на выявление дефектов литья согласно требованиям чертежа отливки.

.12 Вспомогательные службы проектируемого цеха

В проектируемом цехе предусмотрены следующие вспомогательные службы:

служба механика;

служба энергетика;

служба ШИХ;

участок ремонта индукторов;

участок ремонта тиглей и ковшей;

участок ремонта и обслуживания кокильной оснастки;

участок ремонта и обслуживания пресс-форм;

участок ремонта погрузчиков;

производственно-диспетчерская служба;

лаборатории (химико-спектральная, механических испытаний, формовочных материалов, ЦЛЛ);

пирометрический пункт;

зарядная аккумуляторов для электропогрузчиков.

В ремонтных мастерских служб механика, энергетика и ШИХ ведутся следующие работы:

периодический осмотр и наладка оборудования;

замена режущего инструмента.

текущий и средний ремонты оборудования;

частичное изготовление запчастей к оборудованию;

ремонт вентиляции и промразводок.

4. Строительное решение здания проектируемого цеха

.1 Исходные данные для проекта

Цех цветного литья мощностью 10000 т/год предназначен для нужд автомобилестроения.

. Географическое место расположения площадки

реконструируемый цех располагается в городе Красноярск на территории существующего завода КМК ’’Сибэлектросталь’’;

. Климатическая характеристика района

климат умеренный континентальный с умеренно-холодной продолжительной зимой и теплым летом;

средняя температура января минус 38 — 42°С, июня плюс 18 — 19°С;

годовое количество осадков колеблется от 450-500мм до 500-600мм;

Основание фундамента — мелкозернистый песок с расчетным сопротивлением R = 0.0002 кг/см2 на глубине 1.5-2 метра. Глубина промерзания грунта 1.7 метра. Уровень залегания грунтовых вод на глубине 3.5 метра от планировочной отметки.

Район строительства не сейсмичен.

. Производственный режим цеха:

а) Классификация зданий:

производственные — II;

административно-бытовые — II.

б) Категория пожарной безопасности:

производственного здания — “Г”;

административно-бытовые — “Д”.

в) Производственные вредные факторы:

расплавленный металл, тепловое излучения;

пыль;

загазованность;

вибрация.

Реконструированный цех отвечает требованиям СНиП.

На производственной площади расположены производственные здания, складские, транспортные и энергетические сооружения. Административно-бытовые помещения расположены в примыкающим здании.

г) Энергоресурсы:

отопление от заводской ТЭЦ, электроэнергия с центральной распределительной подстанции;

сжатый воздух от компрессорной станции расположенной на территории цеха, охлаждение компрессоров водяное, что позволяет рециркулировать отводящее тепло от компрессоров на отопление;

водопровод от заводской сети;

транспорт общезаводской.

Данный район располагает квалифицированной рабочей силой, крупными энергоресурсами, дешевыми видами топлива. Через город проходят железнодорожные, водные и автомобильные транспортные пути.

.2 Объемно-планировочное решение

Здание литейного цеха представляет собой прямоугольный, одноэтажный корпус из унифицированных типовых секций. Шихтово-плавильное отделение расположено в двух поперечных пролетах размерам 90х18 метра, высотой 10.8 метра, в осях 1-4. Остальные пролеты выполнены в продольными. В них размещено заливочное, обрубное, стержневое и оборудование для финишной обработки, а также складские площади. Из них три пролета размерами 108 х 24 м. Один пролет размером 108 х 18 м. Высота пролетов 10.8 м. Оси размещения 4-35

4.3 Архитектурно-строительное решение

Несущий каркас здания состоит из следующих железобетонных конструкций:

колонны прямоугольного сечения 400х800

ступенчатые монолитные фундаменты сборного типа

железобетонные фермы

подкрановые балки таврового сечения серии К-9-01-10

стеновые панели длиной 12м, шириной 1,6 м и толщиной 240 мм..

Покрытие выполнено из типовых железобетонных плит длиной 12 и 3 метра.

Водостоки внутренние.

Кровля — четырехслойный ковер на цементной стяжке.

Светоаэрационные фонари — металлические. Они обеспечивают естественное освещение помещений в дневное время и вентиляцию.

Полы, в соответствии с проектными нормами, в плавильном отделении, а также, на магистральных проездах предусмотрены из чугунных перфорированных плит, уложенных на прослойку из мелкозернистого бетона. Тяжелое оборудование размещено на специальных фундаментах.

Ворота оборудованы автоматическим закрыванием — открыванием и воздушными завесами, шириной и высотой 3.6м. Внутрицеховые перегородки кирпичные и щитовые металлические облицованные ГВЛ. В цехе установлено 12 кранов грузоподъемностью 5 тонн.

Таблица 4.1 Основные технико-экономические показатели

Параметры здания	Единицы измерения	Показатели
Длина Ширина Площадь застройки Объем здания	м м м2 м3	144 90 12960 139968

Заключение

Спроектированный литейный цех изготовления отливок в кокиль и под низким давлением с применением неорганических связующих в производстве песчаных стержней мощностью 12000 т/год в условиях КМК «Сибэлектросталь» по сравнению с базовым цехом имеет улучшенные технико-экономические показатели.

Использование передовых технологий и способов литья позволяет повысить производительность цеха.

В спроектированном цехе используются автоматизированные комплексы литья под давлением, карусельно-кокильные машины с механическими заливщиками, автоматизированные обрубные и выбивные комплексы, что снижает трудоемкость работы заливщиков и обрубщиков, численность рабочих, повышает культуру производства.

Применение прогрессивных технологий исключает необходимость использования формальдегидных смол, это удешевляет процесс получения отливок, снижает трудоемкость работы, позволяет экономить металл, делает производство экологически чистым.

Внедрение новых технологий способствует снижению брака в отливках, улучшению их механических свойств.

В спроектированном цехе для транспортировки отливок и возврата применяются подвесные конвейеры и ленточные транспортеры, что приводит к снижению аварийных ситуаций из-за повышенной загруженности проездов для электрокар и автотранспорта, уменьшению использованных площадей.

литье цех отливка оборудование

Список использованной литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/raschet-vibrosito-liteynogo/

1. Кулаков. Б.А Проектирование и реконструкция литейных цехов: Учебное пособие к выполнению дипломного проекта / Б.А. Кулаков, Л.Г. Знаменский, О.В. Ивочкина и др. — Челябинск: ЮУрГУ, 2008. — 144 с., ил.

. Шкленник Я.И. Литье по выплавляемым моделям / Я.И. Шкленник, В.А. Озерова — М.: Машиностроение, 1984.- 408 с., ил.

. Проектирование литейных цехов / Логинов И.З. — Минск: Вишэйш. школа, 1975. — 320 с., ил.

. Проектирования литейных цехов / Н.А. Рыбальченко — Харьков, 1965.- 250 с., ил.

. Справочник по литейному оборудованию / В.Я. Сафронов. — М.: Машиностроение, 1985.- 320 с., ил.

. Производство стальных отливок: Учебник для вузов / Под редакцией Л.Я. Козлова. — М.: МИСИС, 2010. — 352 с., ил.