ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
| Наименование | Обозначение | Формат |
| План цеха | 22.03.02 000 001 4841 | А2 |
| Отливка «Кронштейн» | 22.03.02 000 002 4841 | А3 |
| Собранная пресс-форма | 22.03.02 000 003 4841 | А3 |
| Собранный модельный блок | 22.03.02 000 004 4841 | А3 |
РЕФЕРАТ
Выпускная квалификационная работа содержит 73 листов машинописного текста, 14 таблиц, библиографический список из 10 наименований.
Ключевые слова: ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ, ИНДУКЦИОННАЯ ПЕЧЬ, ОТЛИВКА, ПРЕСС-ФОРМА, ЭТИЛСИЛИКАТ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕХА.
Цель работы – разработка проекта нового литейного цеха. Настоящий проект разработан согласно заданию на дипломное проектирование.
В данном дипломном проекте рассматривается проект цеха точного литья с установкой следующего оборудования:
Индукционных печей ИТПЭ-0,16/0,16 емкостью 160кг, установки приготовления модельной пасты модели 61701, стенд модели 655, установки приготовления огнеупорного покрытия модели 63431, бака с мешалкой для обмазки блоков модели 9190, пескосыпа с воздуходувкой модели 7479, вакуумно-аммиачной камеры модели 683, установки для вытопки модельного состава модели 671М, печи для обжига корочек модели ПВП 12.35.12/12.5М., гидравлических прессов модели 6А93, стационарного обдирочно-шлифовального станка тип 1, установки выщелачивания остатков керамики модели 6Б95, термических камерных печей модели ПГТ 9.6.6/13 К. Выбранное оборудование обеспечит экономически эффективное производство отливок.
В проектной части дипломного проекта приведена производственная программа литейного цеха и режим работы цеха. Произведен подбор и краткое описание необходимого оборудования. В технологической части предложен технологический процесс изготовления отливок способом литья по выплавляемым моделям. Разработана технология изготовления отливки - представителя.
ВВЕДЕНИЕ
Литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) применяется для изготовления сложных по конфигурации отливок, требующих высокой точности поверхности. История этого метода литья насчитывает тысячи лет. Имеются свидетельства, использования ЛВМ для изготовления идолов и украшений в Хараппской цивилизации - Индия (2500-2000 гг. до н.э.) и в гробницах Египта (1333-1324 гг. до н.э.). В качестве модельного состава был использован пчелиный воск, а оболочка изготавливалась из глины. В наши дни благодаря многим преимуществам по сравнению с другими способами изготовления отливок, этот вид литья получил значительное распространение в машиностроении и приборостроении.
Точными методами литья изготавливаются только детали, производство которых технологически обоснованно и обеспечивает экономическую эффективность процесса, т.к. процесс ЛВМ довольно длителен и относительно сложен.
Для изготовления отливок методом ЛВМ необходимо учитывать следующие особенности процесса:
- Отсутствие разъема и высокая точность изделия. Чистота поверхности в некоторых случаях позволяет исключить механическую обработку, но требует проведения тщательной технологической и конструктивной доработки;
- В связи с соответственным уменьшением объема металла при кристаллизации в отливках могут иметь место внутренние усадочные раковины, устранить которые практически не представляется возможным. Поэтому при переводе деталей, работающих при больших нагрузках, необходима также тщательная технологическая и конструкторская проработка;
- При получении резьбы без механической обработки, благодаря высокой точности литья следует помнить, что стойкость такой резьбы в отливках значительно ниже, чем в штампованных деталях из проката.
В данном дипломном проекте спроектирован цех по производству отливок из стали литьем по выплавляемым моделям производительностью 270 т/год. Предприятие, в состав которого входит проектируемый цех, в основном поставляет продукцию для железнодорожного и машиностроительного производства, сложные по конфигурации корпусные отливки, изделия, испытывающие как статические, так и динамические нагрузки.
1 ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ
1.1 Обоснование места строительства проектируемого цеха
Для проектирования литейного цеха необходимо наличие развитой производственной и непроизводственной инфраструктуры. Сырьё и готовая продукция доставляются железнодорожным и автомобильным транспортом. Для доставки рабочих используют преимущественно автомобильный транспорт. Литейное оборудование потребляет большое количество электроэнергии. Таким образом, в производственную инфраструктуру литейного цеха входят автомобильные дороги, железнодорожные подъездные пути, электрические сети, водопровод.
Непроизводственная инфраструктура включает жилые дома, учреждения и организации здравоохранения, образования, связи, социального обеспечения, сферы услуг и т.д. Создание непроизводственной инфраструктуры вместе с проектируемым предприятием ведёт к огромным затратам. Экономически в долгосрочной перспективе создание инфраструктуры может быть оправдано за счёт снижения затрат на транспортировку сырья или готовой продукции при неизменном спросе на неё. Прогнозировать спрос на длительный срок в современных условиях чрезвычайно опасно. Изменение конъюнктуры рынков сбыта или истощение запасов сырья могут стать причиной закрытия предприятия. Поэтому использование уже имеющейся производственной и непроизводственной инфраструктуры предполагается предпочтительным.
От места расположения цеха зависит уровень текущих издержек:
1. Оплата труда персонала (трудовой фактор).
2. Стоимость доставки сырья (транспортный фактор).
3.Стоимость доставки готовой продукции потребителю (транспортный фактор).
4. Расходы на отопление и вентиляцию (климатический фактор).
5. Уровень налогообложения в регионе (налоговый фактор).
На любой территории можно обеспечить производство трудовыми ресурсами. Другое дело, что стоимость их может оказаться чересчур высокой. И наоборот, минимальный уровень оплаты труда можно предложить на территориях, где есть добывающая промышленность и высокая безработица.
У цеха, производящего данную продукцию основным потребителям будет ФГУП ПО «Уралвагонзавод». Таким образом выберем Свердловскую область, где есть источники сырьевых материалов. Например, пески – Басьяновское месторождение, расположенного в Верхне-Салдинском районе; ферросплавы – Серов, Н-Тагил, что значительно сокращает расходы на доставку.
Исходя из вышеперечисленных соображений, предполагается расположение проектируемого цеха в г. Верхняя Тура. Так же одним из преимуществом данного расположения цеха является не дорогая рабочая сила, по сравнению с большими городами. Так же здесь хорошо развита производственная инфраструктура (железнодорожные подъездные пути, автомобильные дороги, газопроводы, электрические сети). Но с точки зрения экологии литейный цех необходимо разместить вне пределов города со стороны, противоположной направлению преобладающих ветров.
Недостатком Уральского региона являются климатические условия, которые подразумевают высокие затраты на отопление зимой и на вентиляцию летом.
1.2 Планирование производственной программы
Производственная программа служит основным документом, на основе которого осуществляется проектирование цеха.
Проектом цеха литья по выплавляемым моделям предусмотрено:
• годовой выпуск годного литья 270 тонн;
• номенклатура из 20 наименований отливок;
• специализация на производстве отливок из стали.
Производственная программа предполагается стабильной по месяцам. Основную часть продукции составляют отливки массой до 1,5 кг. Характер производства в проектируемом цехе – серийный.
Приведённая производственная программа составлена по отливкам-представителям (табл. 1.1).
Производственная программа на год
| № п/п | Наименование отливки | Сплав | Чистовая масса отливки, кг | Количество отливок на стояке, шт. | Черновая масса стояка с отливками, кг. |
Количество слоев оболочки, шт | Толщина оболочки, м | Площадь поверхности модельного блока, м2 |
Объем оболочки на модельный блок, м3 |
Количество отливок в год, шт | Черновая масса металла в год, кг | Количество блоков в год, шт | Объем оболочек в год, м3 | Чистовая масса металла в год, кг | Количество модельного состава, кг |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 1 | Кронштейн | 35Л | 0,25 | 8 | 5,38 | 6 | 0,0045 | 0,132143 | 0,0005946 | 128000 | 86080 | 16000 | 9,51 | 32000 | 9781 |
| 2 | Крестовина | 35Л | 1,2 | 2 | 5,31 | 5 | 0,0045 | 0,117325 | 0,000528 | 23333 | 61950 | 11667 | 6,16 | 28000 | 7039 |
| 3 | Втулка кронштейна |
35Л | 0,48 | 6 | 6,78 | 4 | 0,0032 | 0,128256 | 0,0004104 | 62500 | 70625 | 10417 | 4,28 | 30000 | 8025 |
| 4 | Втулка поворотная |
35Л | 0,7 | 4 | 5,23 | 5 | 0,0048 | 0,102375 | 0,0004914 | 37714 | 49311 | 9429 | 4,63 | 26400 | 5603 |
| 5 | Крышка тормоза | 35Л | 1,15 | 4 | 6,87 | 5 | 0,0050 | 0,187365 | 0,0009368 | 19565 | 33603 | 4891 | 4,58 | 22500 | 3818 |
| 6 | Переходник | 35Л | 1,3 | 4 | 7,32 | 5 | 0,0045 | 0,126317 | 0,0005684 | 20385 | 37304 | 5096 | 2,90 | 26500 | 4239 |
| 7 | Муфта угловая | 35Л | 1,1 | 2 | 5,28 | 6 | 0,0050 | 0,138345 | 0,0006917 | 23818 | 62880 | 11909 | 8,24 | 26200 | 7145 |
| 8 | Ручка | 35Л | 0,5 | 10 | 7,25 | 4 | 0,0040 | 0,101236 | 0,0004049 | 49600 | 35960 | 4960 | 2,01 | 24800 | 4086 |
| 9 | Рычаг | 35Л | 1,4 | 2 | 5,36 | 5 | 0,0060 | 0,083282 | 0,0004997 | 20000 | 53600 | 10000 | 5,00 | 28000 | 6090 |
| 10 | Тройник | 35Л | 0,57 | 10 | 8,77 | 4 | 0,0040 | 0,135126 | 0,0005405 | 44912 | 39388 | 4491 | 2,43 | 25600 | 4475 |
| Итого | 429828 | 530702 | 88860 | 49,73 | 270000 | 60301 | |||||||||
| Итого с учетом брака отливок (4%) | 447021 | 551930 | 92414 | 51,72 | 62713 | ||||||||||
| Итого с учетом брака оболочек (3%) | 95080 | 53 | |||||||||||||
Проектируемый цех характеризуется производительностью 270 тонн литья в год. Производство отливок ограничивается одним технологическим процессом, т.е. данный цех имеет технологическую специализацию. Проектируемый цех имеет большую номенклатуру отливок массой от 250 г до 1,4 кг. По степени механизации – это механизированный цех с частичной автоматизацией производства. Согласно классификации литейных цехов по виду производства проектируемый цех относится к цехам серийного производства.
1.4 Выбор режима работы цеха
Режим работы литейного цеха и отдельных производственных участков определяется очерёдностью выполнения операций технологического процесса изготовления отливок. В литейных цехах применяются два основных вида режима работы:
- ступенчатый (последовательный) – с разделением операций во времени в неизолированном общем помещении. Этот режим преимущественно применяется в условиях индивидуального и мелкосерийного производства;
- параллельный – при котором все технологические операции выполняются одновременно на различных производственных участках.
Для данного цеха выбираем двухсменный параллельный режим работы с пятидневной рабочей неделей, дающий сокращение времени производственного цикла изготовления отливок, а также позволяющий рационально использовать оборудование и производственные площади цеха.
В соответствии с принятым режимом работы цеха и количеством смен рассчитываем фонды времени работы оборудования и рабочих мест без оборудования.
Номинальный фонд времени рассчитывается по формуле [1]:
Тн = (К-В)·С·Ч, (1.1)
где Тн – номинальный фонд времени, ч;
К – количество дней в году;
В – количество выходных/праздничных дней в году;
С – количество рабочих смен в сутки;
Ч – длительность рабочей смены, ч.
Используя формулу (1.1), рассчитаем номинальный фонд времени проектируемого цеха. Примем, что количество выходных/праздничных дней в году равно 118, количество рабочих смен в сутки – 2, длительность рабочей смены составляет 8 часов.
Тн = (365-118)·2·8=3952 ч.
Действительный фонд времени работы оборудования рассчитываем с учетом коэффициента потерь рабочего времени Кп по формуле:
Тд = Тн·(1-Кп), (1.2)
где Тд – действительный фонд времени, ч;
Кп – коэффициент потерь рабочего времени.
Кп = 0,05 (5%) – для индукционной печи;
Кп = 0,04 (4%) – для технологического механизированного оборудования;
Кп = 0,02 (2%) – для камерной термической печи.
Рассчитаем действительные фонды времени для оборудования, которое будет устанавливаться в цехе, воспользовавшись формулой (1.2):
Тд = 3952·(1-0,05)= 3754 ч – для индукционной печи;
Тд =3952·(1-0,04)= 3794 ч – для технологического механизированного оборудования;
Тд =3952·(1-0,02) = 3873 ч – для камерной термической печи.
Для индукционных тигельных печей, работающих в 2-х сменном режиме Кп равен – 0,05, для механизированного оборудования для мелкого и среднего литья – 0,04, для мелких термических печей – 0,02.
Коэффициент потерь времени работы оборудования в основном обусловлен его простоями из-за поломок и, следовательно, зависит от интенсивности эксплуатации.
1.5 Выбор и расчет оборудования
Количество необходимого для обеспечения производственного процесса технологического оборудования рассчитывается исходя из фондов времени работы оборудования, его технических характеристик и особенностей технологического процесса (времени охлаждения отливки, степени механизации производственного процесса и т.п.) [1].
1.5.1 Плавильное отделение
Для приготовления сплава в цехе будут использоваться индукционные тигельные печи. Это обусловлено простотой конструкции и удобством обслуживания данных печей, высокой производительностью и низким угаром легирующих.
Емкость печи рассчитывается по формуле [1]:
Vр = Q·T/(Тд·n), (1.3)
где Q – производственная мощность;
Тд - действительный фонд времени, ч;
Т – один такт времени работы печи, ч;
n – количество оборудования, шт.
Для определения емкости печи надо составить такт работы печи. Расчет такта индукционной печи представлен в таблице 1.2.
Расчет такта индукционной печи
Таблица 1.2
| Операция | Время, мин |
| Завалка шихты | 10 |
| Расплавление | 40 |
| Добавление ферросплавов | 2 |
| Растворение ферросплавов | 10 |
| Проверка химического состава | 15 |
| Доведение по химическому составу | 15 |
| Выпуск в раздаточный ковш | 5 |
| Итого | 97 |
Рассчитаем необходимую емкость плавильных агрегатов, воспользовавшись формулой (1.3).
Vр =552·1,62/(3754·2) = 0,119 т.
Необходимо две индукционные печи марки ИПП-200/150Ч
ёмкостью Vр = 0,15 т [2].
Технические характеристики печи марки ИПП-200/150Ч следующие:
Напряжение питающей сети – 380 В;
Потребляемая мощность – 140 кВт;
Номинальная вместимость – 0,15 т;
Максимальная скорость плавки – 0,22 т/ч;
Расход воды на охлаждение – 7,5 м3/ч;
Расход электроэнергии – 510…520 кВт ч /т.
Для контроля правильности выбора оборудования рассчитывается коэффициент загрузки Кз по формуле [1]:
Кз= Q·Т/(Тд·V·n), (1.4)
где V – емкость печи.
Коэффициент загрузки Кз оборудования рекомендуется в пределах 0,7 – 0,9.
При этом коэффициент загрузки печей (Кз) равен:
Кз = 552·1,62/(3754·0,15·2) = 0,8
Из расчетов видно, что оборудование выбрано правильно.
Расчёт количества ковшей
В производстве используются поворотные ковши емкостью 150 кг.
Количество ковшей для заливки рассчитывается по формуле [1]:
n = Q·T/(Тд·Vр), (1.5)
где Q – производственная мощность;
Тд – действительный фонд времени, ч;
Т – один такт времени работы ковша ч;
Vр – объём ковша, т.
n = 552·2/(3794·0,15) = 2,0.
Принимаем 2 ковшей – это число работающих ковшей, 2 ковшей находятся в ремонте, общее количество ковшей – 6. Остальные 2 ковшей в резерве.
1.5.2 Модельное отделение
Годовое потребление модельного состава составляет 62713 кг. Плотность модельного состава 800 кг/м3. Исходя из этого, получаем необходимый объем модельного состава:
где Vм – объем модельного состава, м3;
m – масса модельного состава, кг;
ρ – плотность модельного состава, кг/м3.
По формуле (1.6) рассчитаем необходимый объем модельного состава.
Vм =62713/800=78,4 м3.
Количество автоматов рассчитывается по формуле:
n = Q/Tд· q (1.7)
где q – производительность оборудования, м3/ч;
n – количество оборудования, шт.
По формуле (1.7) рассчитаем количество оборудования.
Выбираем автомат для приготовления модельной пасты модели 659А [2].
n = 78,4/(3794·0,063) = 0,33.
Исходя из полученных результатов, выбираем 1 автомат модели 659А.
Техническая характеристика автомата модели 659А следующая:
потребляемая мощность – 36,1кВт;
максимальная производительность – 0,063 м3/ч;
температура модельной пасты на выходе – 56…62 оС;
содержание воздуха в модельной пасте – не более 20%;
Габаритный размер, мм:
длинна — 2300
ширина — 1800
высота — 2300.
Для расчета коэффициента загрузки Кз оборудования непрерывного действия используется следующая формула:
Кз=Q /(Тд·q·n), (1.8)
Кз=78,4 /(3794·0,063·1) = 0,33
Выбор и расчет оборудования для изготовления моделей.
C учетом брака нам необходимо сделать Q = 447021 моделей в год. Для изготовления моделей устанавливаем стенд 655 [3], с производительностью q = 125 запрессовок в час.
Количество автоматов находим по формуле (1.7):
n =447021/(3794·125)=0,94
Принимаем 1 стенд для изготовления моделей.
Техническая характеристика стенда модели 655 следующая:
- установленная мощность – 1,21 кВт;
- максимальная производительность запрессовок – 125 шт/ч;
- число позиций – 1 шт.
Габаритный размер, мм:
длина — 1200
ширина — 985
высота — 1275.
Для расчета коэффициента загрузки Кз оборудования непрерывного действия используем формулу (1.8):
Кз=447021/(3794·125·1) = 0,94.
1.5.3 Отделение изготовления оболочковых форм
Приготовление огнеупорного покрытия
Для приготовления огнеупорной суспензии будем использовать установку для приготовления огнеупорного покрытия модели 63431 [2].
Техническая характеристика установки для приготовления огнеупорного покрытия модели 63431 следующая:
Производительность - 0,02 м3/ч;
Габаритный размер, мм:
длина — 820;
ширина — 1050;
высота — 3300.
Огнеупорная оболочка на 50% состоит из огнеупорного наполнителя и на 50% из огнеупорной суспензии. Формула для расчета объема огнеупорной суспензии имеет следующий вид:
V = Vо/2, (1.9)
где V – объем суспензии в год, м3;
Vo объем оболочек в год, м3.
V = 53/2 = 26,6 м3.
По формуле (1.9) рассчитаем количество установок приготовления огнеупорного покрытия модели 63431.
n = 26,6/(3794·0,02) = 0,35.
Видно, что достаточно 1 установки для приготовления огнеупорного покрытия.
Оборудование для формирования огнеупорных оболочек
Для нанесения суспензии будет использоваться бак с мешалкой для обмазки блоков модели 9190 [3].
Техническая характеристика бака с мешалкой для обмазки блоков модели 9190 следующая:
Объем бака - 0,063 м3;
Производительность - 0,03 т/ч;
Габаритный размер, мм:
длинна — 1035
ширина — 950
высота — 1540.
Он предназначен для нанесения вручную огнеупорного покрытия на модельные блоки, а также для поддержания стабильности консистенции и температуры огнеупорного покрытия. Количество автоматов находим по формуле (1.7):
n = 26,6/(3794·0,063) = 0,11
Из полученных значений видно, что достаточно 1 единицы оборудования.
В непосредственной близости к баку необходимо установить аппарат «кипящего слоя». Для нанесения на суспензию слоя дисперсионного огнеупорного материала будет использоваться пескосып с воздуходувкой модели 7479 [2].
Техническая характеристика пескосыпа с воздуходувкой модели 7479:
Рабочая вместимость бака — 0,14 м3;
Диаметр бака — 600 мм;
Высота бака — 630 мм;
Высота кипящего слоя — 500 мм;
Рабочее давление воздуходувки — 0,01- 0,015 МПа.
По формуле (1.7) рассчитаем количество установок пескосыпа с воздуходувкой модели 7479.
n = 26,6/(3794·0,14) = 0,05.
Исходя из полученных данных видно, что требуется установить 1 пескосып с воздуходувкой модели 7479.
Оборудование для сушки огнеупорного покрытия на основе этилсиликата
Сушка блоков будет производиться в вакуумно-аммиачной камере. Для расчета емкости камеры, требуемой для сушки блоков, введем коэффициент заполнения рабочего пространства Кзап, равный 0,6 [5]. Пусть производственная мощность (Q) равна объему черновой массы металла в год, тогда формула для расчета объема вакуумно-аммиачной камеры для сушки блоков имеет следующий вид:
V = (Q/ ρр)·T/(Tд·n·Кзап), (1.10)
где V – объем вакуумно-аммиачной камеры, м3;
Q - черновая масса металла в год, т;
ρр - плотность сплава, т/м3;
Т - такт сушки, ч;
n - количество оборудования, шт;
Кзап - коэффициент заполнения рабочего пространства.
Плотность сплава равна 7,8 т/м3, принимаем n = 1, такт сушки равен 1 ч. Тогда по формуле (1.10):
V = (552/7,8)·1/(3794·1·0,6) = 0,031 м3
Исходя из расчётов, выбираем одну установку для сушки огнеупорного покрытия на основе этилсиликата модели 683 [3].
Техническая характеристика установки модели 683следующая:
Установленная мощность - 22,6 кВт.
Габаритный размер, мм:
длина – 6600;
ширина – 1870;
высота – 3400.
Для контроля правильности выбора оборудования рассчитывается коэффициент загрузки Кз по формуле (1.4):
Кз = (552/7,8)·1/(3794·0,031·1) = 0,60.
Оборудование для вытопки модельного состава
Модельный состав удаляется погружением блока моделей в горячую воду. Вытопка модельного состава будет производиться в установке для вытопки модельного состава модели 671М [3].
Техническая характеристика установки для выплавки модельного состава модели 671М следующая:
Производительность - 50 блоков/ч;
Габаритный размер, мм:
длина – 1740;
ширина – 1670;
высота – 2200.
По формуле (1.5) находим требуемое количество установок для выплавки модельного состава модели 64531. Производственная мощность (Q) равна 95080 блока в год, такт составляет 0,5 ч, при выбранном такте емкость установки равна 25 блоков (т.е. V = q·T; V=50·0,5= 25).
n = 95080·0,5/(3794·25) = 0,5.
Видно, что потребуется 1 установка для вытопки модельного состава модели 671М.
Для контроля правильности выбора оборудования рассчитывается коэффициент загрузки Кз по формуле (1.4):
Кз = 95080·0,5/(3794·25·1) = 0,50.
1.5.4 Прокалочно-заливочное отделение
Прокалка корочек
Для удаления остатков модельного состава блоки обязательно нужно прокаливать. Прокалка будет производиться в электрических печах. Для расчета емкости камеры печи, требуемой для прокалки корочек, введем коэффициент заполнения рабочего пространства Кзап, равный 0,1 [1]. Пусть производственная мощность (Q) равна объему черновой массы металла в год, плотность сплава ρр=7800 кг/м3, такт прокалки корочек равен 1 ч, действительный фонд времени для камерной термической печи 3873 ч, тогда по формуле (1.10) найдем требуемую емкость камеры печи:
V = (552/7,8)·1/(3873·1·0,1) = 0,18 м3.
На основании полученных результатов, выбираем 1 печь с выдвижным подом для прокалки корочек модели ПВП 12.35.12/12.5М.
Техническая характеристика печи модели ПВП 12.35.12/12.5М следующая:
максимальная температура в рабочей камере - 1250 °C;
мощность - 260 кВт;
Габариты рабочей камеры, мм:
длина – 4200;
ширина – 1200;
высота – 1200;
Габаритный размер, мм:
длина – 9600;
ширина – 2100;
высота – 4500.
Для контроля правильности выбора оборудования рассчитывается коэффициент загрузки Кз по формуле (1.8):
Кз = 552/(3873·0,18·1) = 0,78.
В год заливается 95080 блоков. Принимаем, что в одну опоку размерами 1000x800x800 мм формуется шесть блоков. Объем печи составляет 150 кг, а емкость ковша 150 кг, то с одной печи будем заливать 4 опоки. В каждую печь для прокалки входит по 4 опоки.
Выбираем установку «Линию формовки, обжига, заливки и охлаждения блоков» - модели 66001-02 [2]. Поскольку производительность оборудования известна, то рассчитаем количество установок по формуле (1.7):
n = 15847/(3873·4) = 0,42
Исходя из расчётов, выбираем 1 установку «Линий формовки, обжига, заливки и охлаждения блоков - модели 66001-02».
Техническая характеристика установки модели 66001-02 следующая:
Производительность - 10 опок/ч;
Габаритный размер:
Длина – 18560 мм;
Ширина – 8770 мм;
Высота – 6000 мм.
Для контроля правильности выбора оборудования рассчитывается коэффициент загрузки Кз по формуле (1.8):
Кз = 15847/(3873·10·1) = 0,42
Выбивка опок
Выбираем установку для выбивки опок модели 66232 [3]. Поскольку производительность оборудования известна, то рассчитаем количество установок по формуле (1.7):
n = 15217/(3794·5) = 0,84;
Исходя из расчётов, выбираем 1 установку для выбивки опок модели 66232.
Техническая характеристика установки модели 66232 следующая:
производительность - 5 опок/ч;
вместимость – 0,92 м3;
Габаритный размер:
длина – 2200 мм;
ширина – 1000 мм;
высота – 2000.
Для контроля правильности выбора оборудования рассчитывается коэффициент загрузки Кз по формуле (1.8):
Кз = 11413/(3794·50·1) = 0,84.
Отделение отливок от литниковой системы
Поступающие после выбивки литейные блоки вначале проходят операцию предварительной очистки литья, после чего они поступают на последующие операции. Залитые и охлажденные литейные блоки после выбивки имеют на поверхности остатки керамики. Отделение керамики осуществляется за счет вибрации, которая осуществляется предусмотренным на этой установке отбойным молотком или пневматическим ломом.
Для отделения отливок от стояка применяется гидравлический пресс модели 6А93 [3].
Техническая характеристика гидравлического пресса модели 6А93 следующая:
- производительность - 30 блоков/ч;
- установленная мощность - 30 кВт/ч;
Габаритный размер:
длина – 2060 мм;
ширина – 1000 мм;
высота – 3350 мм.
Производственная мощность из производственной программы равна 95080 блоков. Поскольку производительность оборудования известна, то рассчитаем количество прессов (1.7):
n = 95080/(3794·30) = 0,84.
Исходя из расчётов, выбираем пресс гидравлический модели 6А93 в количестве 1 штуки.
Для контроля правильности выбора оборудования рассчитывается коэффициент загрузки Кз по формуле (1.8):
Кз = 95080/(3794·30·1) = 0,84.
Окончательная очистка отливок
После грубой (механической) очистки отливки проходят окончательную обработку (очистку) на установке для выщелачивания остатков керамики модели 6Б95 [3].
Поскольку производительность оборудования известна, то рассчитаем количество автоматов по формуле (1.7):
n = 270000/(3794·100) = 0,71
Исходя из расчётов, выбираем 1 установку для выщелачивания остатков керамики модели 6Б95.
Техническая характеристика автомата для выщелачивания остатков керамики модели 6Б95 следующая:
максимальная производительность, - 100 кг/ч;
время загрузки барабана (одной плавки), - 40 с;
скорость вращения барабана, - 0,7 об/мин;
полное время обработки отливок, - 2,5…5 ч;
установленная мощность, - 3 кВт.
Габаритный размер, мм:
длина – 5800;
ширина – 2520;
высота – 2800.
Для контроля правильности выбора оборудования рассчитывается коэффициент загрузки Кз по формуле (1.8):
Кз = 270000/(3794·100·1) = 0,84.
Зачистка отливок
После обрезки литников и прибылей отливки подвергаются окончательной обрубке и зачистке: удаляют заусенцы, неровности, внутренние заливы, остатки литников и выпоров. Будем использовать обдирочно-шлифовальный станок. Производственная мощность (Q) равна из производственной программы 447021 отливкам, такт обработки одной отливки примем 0,3 ч.
Поскольку производительность оборудования известна, то рассчитаем количество станков по формуле:
n = Q·T/(Тд·q), (1.11)
n = 447021·0,3/(3794·45) = 0,79.
Видно, что потребуется 1 стационарный обдирочно-шлифовальный станок тип 1 [3]. Техническая характеристика следующая:
Производительность шлифования: - 45 отливок/ч;
Число оборотов: - 1400 об/мин;
Габаритный размер, мм:
длина – 2000;
ширина – 2000;
высота – 1960.
Для контроля правильности выбора оборудования рассчитывается коэффициент загрузки Кз по формуле (1.4):
Кз = 447021·0,3/(3794·45·1) = 0,83.
Термообработка отливок
Для получения необходимых механических свойств, а также снятия внутренних напряжений проводят термическую обработку. Он позволяет измельчить крупнозернистую структуру металла, что, как и внутренние напряжения снижают механические свойства металла. Для углеродистых сталей применяют нормализацию, которая заключается в нагреве отливок до температуры отливок 900-930ºС, с последующей выдержкой и охлаждением с заданной скоростью на воздухе.
Для термообработки выберем печь модели ПГТ 9.6.6/13 К [3].
Для расчета емкости камеры печи введем коэффициент заполнения рабочего пространства Кзап, равный 0,1. Пусть производственная мощность (Q) равна количеству отливок в год, такт термообработки отливок примем равным 2 ч, при выбранном такте емкость установки равна:
V = (552/7,8)·2/(3873·1·0,1) = 0,365 м3.
В цехе достаточно установить 1 печь для термообработки продукции.
Техническая характеристика печи модели ПГТ 12.6.6/13 К:
Объем камеры печи – 0,432 м3;
Температура –1200…13000С;
Для контроля правильности выбора оборудования рассчитывается коэффициент загрузки Кз по формуле (1.4):
Кз = 552·2/(3873·0,432·1) = 0,66.
Расходная часть баланса металла складывается из следующего [7]:
1. Массы годных отливок (чистовая масса отливок (из производственной программы 270 т)).
2. Массы литников, прибылей, брака (находится по разности черновой и чистовой массы отливок (из производственной программы 449,7-270=179,7 т).
3. Массы скрапа, сливов (2% от доли черновой массы металла с учетом брака).
4. Угара (4% от доли черновой массы металла).
Приходная часть баланса металла вычисляется в результате составления шихты. Шихту рассчитывают, пользуясь следующими исходными данными: требуемый химический состав; химический состав шихтовых материалов; угар элементов. Расчет шихты ведется на основные элементы и проверяется на допустимую величину вредных примесей.
В настоящее время рассчитать состав шихты можно различными способами. Например, графическим, аналитическим методами или методом подбора. В представленной работе расчет шихты будет произведён методом подбора. Расчет шихты по этой методике ведется на основные элементы и проверяется на допустимую величину вредных примесей [7]. Содержание элемента в шихте определяется по формуле (7):
Кш = Кэл · 100 / 100 - У (1.12)
где Кэл – известное содержание элемента в жидком металле;
Кш – расчетное содержание элемента в шихте;
У – процент угара при плавлении.
Для выплавки стали 35Л в проектируемом цехе индукционные печи. Угар элементов представлен в таблице 1.3
Угар элементов
Таблица 1.3
| Сталь | Элемент | C | Si | Mn | Cr |
| 35Л | Угар, % | 3 | 1 | 10 | - |
Угар S и P практически не происходит. Чтобы получить качественную по химическому составу отливку необходимо компенсировать угар элементов.
В качестве шихтовых материалов для плавки стали 35Л выбираем чугун передельный, стальной лом, ферромарганец, возврат, ферросилиций. Химический состав шихтовых материалов представлен в таблице 1.4 [7].
Химический состав шихтовых материалов
Таблица 1.4
| Компонент шихты | Химический состав, % | |||||
| C | Mn | Si | P | S | Cr | |
| Возврат ст.35Л | 0,36 | 0,65 | 0,35 | 0,05 | 0,05 | - |
| Стальной лом марки 2А | 0,25 | 0,4 | 0,2 | 0,04 | 0,03 | - |
| Чугун передельный марки П2 | 4,05 | 0,3 | 0,35 | 0,1 | 0,3 | - |
| Ферросилиций марки Фс75 | 0,1 | 0,4 | 75 | 0,05 | 0,03 | - |
| Ферромарганец марки ФМн78 | 7,0 | 78 | 2 | 0,35 | 0,03 | - |
Расчет шихты для выплавки стали 35Л
Шихта рассчитывается на 100 кг расплава.
Расчет содержания С: Требуемое содержание в стали 0,36% С (У=3%).
Кш = 0,36·100/(100-3) = 0,37 % или 0,37 кг.
Вносится С в шихту с возвратом: 0,36·30,3/100 = 0,109 кг.
Вносится С в шихту с предельным чугуном: 4,05·1,85/100 = 0,075кг
Вносится С в шихту со стальным ломом: 0,25·67,31/100 = 0,168 кг.
Вносится С в шихту с ферромарганцем 7,0·0,42/100 = 0,029 кг.
Вносится С в шихту с ферросилицием 0,1·0,13/100 = 0,0001 кг.
Расчет содержания Mn: Требуемое содержание в стали 0,65% Mn (У= 10%).
Кш = 0,65·100/(100-10) = 0,72% или 0,72 кг.
Вносится Mn в шихту с возвратом: 0,65·30,3/100 = 0,197 кг.
Вносится Mn в шихту с предельным чугуном: 0,3·1,85/100 = 0,006 кг.
Вносится Mn в шихту со стальным ломом: 0,4·67,31/100 = 0,269 кг.
Вносится Mn в шихту с ферромарганцем 78·0,42/100 = 0,328 кг.
Вносится Mn в шихту с ферросилицием 0,4·0,13/100 = 0,001 кг.
Расчет содержания Si: Требуемое содержание в стали 0,35% Si (У=1%).
Кш = 0,35·100/(100-1) = 0,35 % или 0,35 кг.
Вносится Si в шихту с возвратом: 0,35·30,3/100 = 0,106 кг.
Вносится Si в шихту с предельным чугуном: 0,35·1,85/100 = 0,006 кг.
Вносится Si в шихту со стальным ломом: 0,2·67,31/100 = 0,135 кг.
Вносится Si в шихту с ферромарганцем 2·0,42/100 = 0,008 кг.
Вносится Si в шихту с ферросилицием 75·0,13/100 = 0,98 кг.
Дополнительно расчёт шихты был произведён в программе MS Office Excel 2016, результаты представлены в таблице 1.5.
Расчёт шихты для выплавки стали 35Л
Таблица 1.5
Итоговые сведения стали 35Л приходной и расходной частей баланса шихтовых материалов представлены в таблице 1.7.
Баланс шихтовых материалов для выплавки стали 35Л
Таблица 1.7
В таблице 1.9 представлен баланс материалов для изготовления огнеупорной оболочки, состоящей на 50% из огнеупорной суспензии и на 50% из дисперсного сыпучего огнеупора – плавленого кварца.
Исходя из объема оболочек в год 53 м3, плотности оболочки 1200 кг/м3. Годовой объем потребления сыпучих материалов и суспензии:
1200 · 53 = 63856кг = 63,86 т.
Учитывая соотношение суспензии и плавленого кварца 1:1, получим массу плавленого кварца:
0,5 · 63,86 = 31,93 т.
Гидролизованный раствор ЭТС-40 в суспензии составляет 50%, т.е.:
0,5 · 63,86 = 31,93 т.
Количество компонентов гидролиза на один литр ЭТС-40 [7]:
Этилсиликат ГОСТ 26371-84 – 1000 мл;
Вода дистиллированная ГОСТ 6709-72 – 30,3 мл;
Спирт этиловый ГОСТ 17299-85 – 1960,7 мл;
Кислота соляная ГОСТ 3118-77 – 10 мл;
Всего – 3001 мл.
Баланс материалов огнеупорной оболочки
Таблица 1.9
| № | Статья баланса | м3/год | т/год |
| Расход | |||
| 1 | Огнеупорная оболочка | 53 | 63,86 |
| Приход | |||
| 1 | Плавленый кварц | - | 31,93 |
| 2 | Этилсиликат марки ЭТС 40 | - | 10,64 |
| 3 | Вода дистиллированная | - | 0,32 |
| 4 | Спирт этиловый | - | 20,86 |
| 5 | Соляная кислота | - | 0,11 |
Для расчета количества песка, требуемого для формовки корочек, введем формулу:
V = ((Mч/ ρр)/Kзап)-(Mч/ ρр), (1.13)
где Mч черновая масса расплава, т;
ρр плотность расплава, т/м3;
Кзап коэффициент заполнения.
Тогда по формуле (1.13) рассчитаем требуемый объем формовочного песка на год.
V = ((552/7,8)/0,3)-(552/7,8) = 165,11 м3
Тогда при плотности песка 2,7 т/м3, потребуется 445,87 т песка в год.
После вытопки модельного состава из корочек, 80 % идут в возврат модельного состава, значит из 62,71 т модельного состава 50,17 т возвраты, а значит 12,54 т - освежающие добавки. Модельный состав ПС 50-50 на 50% состоит из парафина, на 50% из стеарина, следовательно, 6,27т парафина, 6,27 т стеарина потребуется в год. Баланс вышеуказанных материалов представлен в таблице 1.10
Баланс прочих материалов
Таблица 1.10
| № | Статья баланса | т/год |
| Расход | ||
| 1 | Модельная масса | 62,71 |
| 2 | Формовочный песок | 445,87 |
| Приход | ||
| 1 | Возврат модельного состава (80%) | 50,17 |
| 2 | Парафин (50%) | 6,27 |
| 3 | Стеарин (50%) | 6,27 |
Эти данные также будут использованы для расчета производственных складов.
1.7 Расчет складов
Для ритмичного беспрерывного производственного процесса необходимо постоянно иметь на складе определенный объем сырьевых материалов. Данный объем суммируется из следующих показателей [1]:
- расходуемого запаса qрас рассчитываемого по формуле Уилсона
где Q – годовой объем потребления материала;
Е – условно-постоянные затраты на поставку (при железнодорож-
ной поставке 8000 руб, при автомобильной 1500 руб);
Ц – цена материала;
i – годовые потери оборотных средств при хранении материала на складе (10%).
- из резервного запаса на случай перебоев с поставкой материалов qрез,
рассчитываемого на две недели работы цеха по формуле
Для расчета площади склада используется формула
где q – запас материала на складе (q=qрез+ qрас);
– насыпная плотность материала;
Н – высота хранения.
Поставка модельных и шихтовых материалов осуществляется железнодорожным транспортом, а сыпучие материалы и химикаты - автомобильным.
Расчёт складов произведён в программе MS Office Excel 2016, результаты представлены в таблицах: 1.11 - склад шихтовых материалов, 1.12 - склад модельных материалов, 1.13 - склад сыпучих материалов, 1.14 - склад химикатов.
Склад шихтовых материалов
Таблица 1.11
Склад модельных материалов
Таблица 1.12
Склад сыпучих материалов
Таблица 1.13
Склад химикатов
Таблица 1.14
1.8 Внутрицеховой транспорт
Подача сырья в цех и вывоз готовой продукции осуществляется автомобильным транспортом.
В цехе используются транспортные средства (ТС) дискретного действия, предназначенные для транспортировки, выгрузки и складирования материалов. Транспортные средства необходимы для складирования и погрузки готовой продукции, а также проведения ремонтных работ.
В качестве оборудования в цехе точного литья будут использоваться:
конвейер (подвесной), рольганг, кран-балка, рельсовая тележка, мостовой кран.
2.1 Технологический процесс изготовления отливки методом ЛВМ
Одним из передовых способов изготовления отливок является метод литья по выплавляемым моделям. Этим способом можно изготавливать из любых литейных сплавов тонкостенные отливки, отличающиеся высокой чистотой поверхности, сложные по форме с повышенной точностью.
2.1.1 Технология приготовления модельного состава
Материалом для изготовления выплавленных моделей является легкоплавкая смесь близких физическим и химическим свойствам веществ. Для производства моделей используется модельный состав МВС-3А. Состав модельной композиции [8]: парафин 67%, церезин 25% и полиэтиленовый воск 7%, имеет предел прочности при статическом изгибе (постепенное нагружение) 7,5МПа; теплоустойчивость 430С; температура плавления 770С; массовая доля золы (зольность) 0,02%; линейная усадка 0,9-1%.
Парафин является одним из наиболее дешевых и доступных компонентов модельного состава. Основной способ его получения - это возгонка парафиновой нефти, также существует метод сухой перегонки бурого угля и горючих сланцев. Также существует способ получения синтетического парафина через восстановление окиси углерода водородом.
По большей части парафин не растворим в связующих растворах, а его зольность не превышает 0,1% от исходной массы. Основным недостатком парафина, как компонента модельного состава, является склонность к размягчению и деформации при сравнительно низкой температуре 28˚C, а также он хрупок, имеет относительно низкую прочность, склонность к вспениванию в жидком состоянии и к образованию усадочных раковин при застывании, вследствие чего его используют для приготовления моделей в смеси с другими материалами.
Следующий компонент модельного состава – церезин, является смесью твердых углеводов предельного (метанового) ряда: он получается в ходе кислотно-контактной очисткой нефтяного церезина парафиновой обработки или их смеси. Церезин обладает более высокой, чем парафин, температурой начала размягчения и меньшей склонностью к деформации. Церезин не участвует в взаимодействиях со связующим раствором. Недостатки церезина – относительно невысокие характеристики твердости и прочности, малая пластичность, существенная линейная усадка.
Полиэтиленовый воск - это низкомолекулярный полиэтилен, полученный термической деструкцией полиэтилена под высоким давлением, температура плавления от 95 до 100˚С, отличается небольшой зольностью.
Готовят состав в автомате для приготовления модельной пасты модели 61701. В установке 61701 осуществляются следующие операции: расплавление твердого готового модельного состава или его компонентов в плавильном агрегате, накопление и перемешивание жидкого модельного состава и стабилизация его температуры, подача жидкого модельного состава к шестеренчатыми мешалкам, где приготавливается модельная паста в сборнике, перемешивание модельной пасты, передача модельной пасты под давлением пневматическими насосами к шприцам автоматов и полуавтоматов для изготовления моделей.
Модельная масса готовится с использованием 20-80% свежего модельного состава МВС-За и 80-20% возврата, отходов моделей. Возврат должен быть очищен от песка и других примесей.
Твердый модельный состав погружают в отсек для плавления, где он расплавляется на паровых коллекторах и проходит через фильтры в сборник, куда в том же состоянии поступает и возврат модельного состава. Далее центробежный насос подает модельный состав в бак, откуда своим ходом поступает в агрегат для приготовления пасты и перемешивается с воздухом, после чего охлаждается до консистенции пасты готовой к запрессовке. Температура модельного состава на выходе из мешалки контролируется специальным термометром и должна быть в диапазоне 58-63 ˚С. Накапливается модельная масса в сборнике, откуда пневматические насосы через раздаточные блоки подается к установкам для изготовления моделей. Данная установка управляется с пульта; все операции, кроме загрузки твердого модельного состава, автоматизированы.
Качество получаемой модельной пасты в сборнике регулируется количеством подаваемого в мешалку воздуха, так как он в значительной степени уменьшает усадку. Модельная масса должна соответствовать следующим параметрам: количество воздуха - 10-20 %, температура запрессовки 56-60 ˚С. Проверку содержания воздуха в модельной массе производят один раз в неделю в заводской лаборатории.
Готовят модели на стенде модели 655 вручную.
2.1.2 Технология изготовления моделей и блоков
В технологическом процессе изготовления моделей используется свойство расплавленного модельного состава при охлаждении до температуры окружающей среды принимать заданную форму.
В производстве для получения выплавляемых моделей запрессовкой модельной массы применяется специальная оснастка – пресс-формы, которые классифицируются как по материалу изготовления, так и по назначению. По назначению и конструктивным особенностям пресс-формы подразделяются на ручные и автоматные. Номер пресс-формы для изготовления соответствующих моделей, а также способ их заполнения указан в технологической карте.
При сборке пресс-форм внимательно следят за правильной установкой стержней и всех отъемных частей, обеспечивая совпадение рабочих полостей, а также соотношение размеров отверстий и штырей. Не стоит применять чрезмерные усилия при сборке пресс-формы и тем более пытаться поместить её детали с помощью ударов туда, куда они помещаться явно не должны.
Пресс-формы вручную подготавливают и запрессовывают при помощи пистолета модельный состав. Охлаждаются пресс-формы в баке с водой. Длительность охлаждения определяется размерами модели. Охлажденная пресс-форма разбирается, модель извлекается, при этом может использоваться поддув сжатого воздуха. Опустевшие пресс-формы также продуваются сжатым воздухом. Готовые извлеченные модели визуально контролируются. Если присутствуют неисправимые дефекты, таких как недопрессовка, вспученные поверхности, нечеткие кромки, модели отбраковывается и отправляется в переплавку. Модели с мелкими дефектами доводят подсобным инструментом и паяльником до годного состояния. Годные модели опускают в воду для окончательного охлаждения. Модели не требуют особых условий хранения, так что допускается их хранение при температуре окружающей среды, но иногда приходится предусматривать самодельные холодильники для их хранения. Модели сложной конфигурации во избежание коробления укладывают на специальные приспособления.
После окончательного охлаждения модели напаивают на литниковую систему (литники модели припаивают к стояку в определённом положении).
2.1.3 Изготовление огнеупорных оболочек
Огнеупорная оболочка - покрытие, полученное нанесением на модельный блок чередующихся химически твердеющих слоев суспензии и обсыпочного термически стойкого материала, фиксирующих конфигурацию и размеры блока.
Огнеупорная оболочка изготавливается из огнеупорной суспензии, состоящей на 100% из гидролизованного этилсиликата-40 и на 65% пылевидной фракции плавленого кварца от объема раствора гидролизата [10]. Приготовление огнеупорной суспензии осуществляется на установке модели 662А. Для обмазки блоков суспензией используют бак с мешалкой модели 9190. Каждый нанесенный слой суспензии обсыпается дисперсным огнеупорным материалом на установке модели 7479, затем покрытие отверждается в вакуумно-аммиачной камере модели 683.
Облицовочная суспензия на этилсиликате – 40.
Наиболее распространенным в настоящее время исходным материалом для связующего является этилсиликат различных марок 32,40,50 и готовые связующие. Этилсиликат (эфир ортокремневой кислоты) представляет собой прозрачную жидкость, слегка окрашенную в желтый или бурый цвет. Это вещество получается в ходе реакции непрерывного смешивания этилового спирта с четыреххлористым кремнием [5]
SiCl4 + 4C2H5OH = 4HCl + (C2H5O)4Si (2.1)
Этилсиликат в исходном виде, который выпускается промышленностью, не связующий, а представляет собой компонент для изготовления связующих растворов. Гель SiO2 не выпадает из этилсиликата. Нужно получить менее стабильное вещество, что в свою очередь и достигается гидролизом этилсиликата. Применение этилсиликата в качестве связующего связано с тем, что при его взаимодействии с водой (гидролиз – процесс замещения этоксильных групп (C2H5O) гидроксильным (ОН), способен выделять кремнезем в ходе реакции [5]:
(C2H5O)4Si + 2H2O = SiO2 + 4C2H5OH (2.2)
Сначала образуется золь кремнезема m SiO2 ∙ n H2O, коллоидный раствор, который при смешивании с пылевидным кварцем станет покрытием. В дальнейшем при сушке золь переходит в гель (студенистый нерастворимый осадок), обволакивающий и склеивающий песчинки, затем – в аморфный кремнезем, а после прокаливания – в кристаллический кремнезем. Поэтому после термической обработки огнеупорное покрытие состоит только из кристаллического кремнезема, что обеспечивает высокую огнеупорность покрытия. Спирт C2H5OH, образующийся по приведенной вышеуказанной реакции, удаляется путем испарения в ходе сушки из огнеупорного покрытия. Впрочем, вода и этилсиликат практически не смешиваются, поэтому гидролиз протекает очень медленно. Для ускорения реакции применяют катализатор - соляную кислоту.
Приготовление гидролизованного раствора этилсиликата-40
Перед изготовлением гидролизованного раствора этисиликата-40 проводится расчет потребляемого количества спирта, соляной кислоты (водный раствор хлористого водорода) и воды на получение в готовом гидролизованном растворе этилсиликата-40 массовых долей двуокиси кремния и хлористого водорода.
Расчет необходимого количества спирта, воды и соляной кислоты производится на один литр этилсиликата [10].
Количество спирта (Х) в литрах вычисляют по формуле:
Х= (dэ · (c-a)) / (dр·a) (2.3)
Х= 1050·(38-20)/790·18 = 1,96 л
где: dэ – плотность этилсиликата – 40, кг/м3;
c – массовая доля двуокиси кремния в исходном этилсиликате, % ;
a – требуемая массовая доля двуокиси кремния в гидролизованном растворе этилсиликата – 40,% ;
dр - плотность спирта, кг/м3;
Количество воды (У) в литрах вычисляют по формуле:
У=((3·dэ·c·n)/1000) – ((х·dр·е)/1000) (2.4)
У = ((3·38·0,5·1050)/1000) – ((1,2·790·4)/100) = 0,03л
где: n – число молей на 1 моль двуокиси кремния принимается для воздушно-аммиачной сушки 0,4-0,5;
dэ – плотность этилсиликата – 40, кг/м3;
c – массовая доля двуокиси кремния в исходном этилсиликате,%
е – содержание воды в спирте, %;
dр - плотность спирта, кг/м3;
х – количество спирта, л;
Количество соляной кислоты (Z) в литрах вычисляют по формуле:
Z =B· (dэ + dр + Х + У) – С HСL/(k·d HСL) (2.5)
Z = 0,3·(1050+790+1,2+0,32) – 1,5/ (36·1180) = 0,01л.
где: В – требуемое содержание хлористого водорода в гидролизованном растворе этилсиликата, %;
dэ – плотность этилсиликата – 40, кг/м3;
dр -- плотность спирта, кг/м3;
х – количество спирта, л;
У – количество воды, л;
С HСL – массовая доля хлористого водорода в этилсиликате, %;
d HСL – плотность соляной кислоты, кг/м3;
k – концентрация соляной кислоты, %.
Расчет на один литр этилсиликата:
X = 1,96 л (спирт) Y = 0,03 л (вода) Z = 0,01 л (соляная кислота)
Технология нанесения огнеупорной суспензии на модельные блоки
Перед обмазкой суспензию необходимо тщательно перемешивать [10]. Также необходимо достаточно часто контролировать её вязкость. Для нанесения суспензии берут модельный блок за стояк, погружают в облицовочную суспензию до верха литниковой воронки, поворачивая блок вокруг оси для нанесения равномерного слоя суспензии. При недостаточном смачивании модельного блока суспензией (чаще всего стояков) вследствие низкого качества модельного состава, модельные комплекты перед обмазкой суспензией необходимо дополнительно обмакивать в емкость с раствором поверхностно-активного вещества. Далее извлекают блок из суспензии и держат его над мешалкой до прекращения активного стекания суспензии. После чего блок, покрытый довольно тонким слоем суспензии, переносят в пескосып. При длительном нахождении блока в пескосыпе происходит излишнее налипание песка, что в дальнейшем приводит к расслоению огнеупорной оболочки.
На каждый модельный блок наносится 4-6 слоев суспензии в зависимости от конфигурации и массы отливок. Огнеупорное покрытие на основе этилсиликата послойно сушат в установке сушки блоков модели 683.
После завершения нанесения слоёв огнеупорного покрытия стояк над литниковой воронкой очищают от попавшей обмазки и подрезают литниковую воронку. Обмазанные блоки выдерживают на стеллаже перед вытопкой от 20 минут до нескольких часов.
2.1.4 Вытопка модельного состава
Вытопка модельной массы необходима для получения полой огнеупорной оболочки с целью заливки ее расплавом. Оболочка освобождается от модельной массы посредством выплавления ее в установке для вытопки модельного состава модели 64531 [3].
Установка для вытопки модельного состава модели 64531 предназначена для удаления модельного состава из модельно-керамических блоков при производстве отливок методом литья по выплавляемым моделям.
Установка модели 64531 является установкой карусельного типа с каруселью, циклически вращающейся относительно горизонтальной оси. На карусели смонтированы пять подвесок с площадками для загрузки модельно-керамических блоков [10].
Технологические операции, выполняемые на установке :
- нагрев выплавляющей среды (воды);
-загрузка вручную модельно-керамических блоков на площадку подвески;
- поворот карусели на 72° и остановка;
- вытопка модельного состава из керамических блоков (на трех позициях карусели);
- разгрузка вручную керамических блоков с площадки подвески;
- душирование керамического блока горячей водой (при выплавке в горячей воде);
- сгон расплавленного модельного состава водой с зеркала воды в месте выхода подвески с керамическими блоками из воды (при выплавке в горячей воде);
-слив выплавленного модельного состава из ванны выплавки в разделитель;
- отделение в разделителе модельного состава от воды.
Продолжительность нахождения оболочек в ванне вытопки составляет примерно 15 минут, но не должна превышать 25-40 минут. Передержка форм в горячей воде не допускается, поскольку приводит к их развариванию и, следовательно, к потере прочности.
При извлечении вытопленных оболочек их подвергают тщательному осмотру на предмет обнаружения трещин и поломок. При наличии поломок в местах формирования отливок оболочку отбраковывают. Оболочки после вытопки модельного состава выдерживают на стеллаже перед прокалкой не менее 5 часов, но не более суток.
2.1.5 Подготовка к заливке
Прокаливание корочек ведется с наполнителем. Наполнитель необходимо использовать для того чтобы зафиксировать оболочки в опоке, упрочнить и разделить их с целью исключения взаимного разогрева возможного соударения в процессе заливки их расплавом.
Опоки для формовки выбирают согласно технологической карте. После чего насыпают на дно опоки слой песка, который принято называть постелью, толщиной 20-150 мм в зависимости от высоты оболочки. На этот слой из песка устанавливают прокаленные огнеупорные оболочки с зазором 30-40 мм для исключения взаимного разогрева после заливки расплавом. Оболочки в опоке должны быть предназначены для получения одной номенклатуры отливок. Литниковые воронки и прибыли закрывают специальной крышкой, дабы избежать случайного засыпания песка в оболочку после чего промежутки между формами и стенками заполняют наполнителем - предварительно прогретым формовочным песком.
Для уплотнения наполнителя на несколько минут включают вибратор, установленный под бункером, после чего досыпают песок.
Перед заливкой форм расплавом необходимо продуть оболочки сжатым воздухом чтобы провести их окончательную очистку.
Для того, чтобы удалить остатки модельного состава корочки подвергаются обжигу в электрической печи ПВП 12.35.12/12.5М. разогретой предварительно до 900°С, в течение 1 часа.
2.1.6 Футеровка печи
Тигель индукционной печи предназначен для ведения плавки металла и по совместительству выполняет роль защиты индуктора. Форма и размеры тигля должны соответствовать шаблону, используемому на предприятии. По мере износа старой футеровки допускается её удаление и набивка новой. Ремонт печи состоит из нескольких операций. Сначала, используя отбойный молоток и инструмент для подсобной работы, аккуратно выбираем ошлакованный слой (10-20 мм) со дна и стенок. Затем осматриваем следующие слои и выясняем их состояние. Если они монолитны, в таком случае достаточно неполного (частичного) ремонта. Если в процессе снятия наружного слоя произошло обрушение не менее 20-25% стенок тигля, необходим полный ремонт печи. В этом случае старую футеровку удаляют полностью послойно.
Перед набивкой тигля необходимо проверить состояние межвитковой изоляции индуктора, а также провести испытание индуктора на прочность (опрессовку) в течение 10 - 15 мин. под давлением воды от 200 до 400 кПа. Далее испытать изоляцию индуктора под нагрузкой.
Индуктор печи с внутренней стороны выкладывают листовым асбестовым картоном, устанавливая листы внахлест и, прижимая к индуктору специальными кольцами из полосовой стали. Зазоры между листами не допускаются [7].
Набивка тигля
На дно подготовленной полости насыпают 10-12 кг приготовленной футеровочной массы, разравнивают и утрамбовывают ручной пневматической трамбовкой. Затем необходимо слегка взрыхлить поверхность и повторять все операции до образования на дне слоя толщиной 40-50 мм. После окончания набивки дна, убирают нижнее прижимное кольцо. Показателем плотности набивки служит отскакивающая от поверхности трамбовка.
На полученный слой сухой смеси устанавливают шаблон и тщательно центрируют. Его нижний край должен находиться на уровне двух нижних витков индуктора. Слегка вращая, углубляют шаблон на 10-15 мм и укрепляют распоркой, после чего равномерно засыпают смесь в образовавшееся кольцевое пространство также в количестве 10-12 кг для удобства уплотнения, образуя слой 30-35 мм.
Набивку стенок повторяют в описанном порядке. Слабая набивка, не допускается т.к. это ухудшит спекание тигля. При набивке необходимо исключить случайное попадание в футеровочную массу асбестового волокна и других посторонних примесей, поэтому во избежание засорения материалов набивку следует проводить без длительных перерывов и своевременно удалять прижимные кольца. По окончании набивки стенок тигля удаляют распорки.
Далее проводят футеровку воротника и желоба соответствующей огнеупорной массой.
Через некоторое время после набивки (1-2ч.) приступают к спеканию тигля. Для спекания тигля внутрь шаблона загружают металлическую шихту (на ¾ объема тигля), закрывают асбестом и медленно нагревают. Время сушки 4,5-5ч. При расплавлении металла проводится догрузку печи шихтой до уровня воротника. После достижении температуры при кислой футеровке – 1500 0С, при основной футеровке – 1600 0С выдерживают металл в печи от 40 до 60 мин. Затем полученный жидкий металл можно использовать для изготовления неответственных отливок, т.к. в металле присутствуют включения материала футеровки если же металл не применяется для отливок, то его можно слить в металлическую форму (изложницу) и в дальнейшем использовать для спекания следующих тиглей.
После разливки металла необходимо оценить состояние футеровки, в случае необходимости отремонтировать, и последующие плавки вести по нормальному режиму.
Приготовление футеровочных масс
Основная футеровка
Для набивки стенок тигля основной футеровки применяют футеровочную смесь, состав которой следующий [7]:
Магнезитовый порошок – 88…92%;
Жидкое стекло – 8…12%.
Для футеровки сливного носка (желоба) и верхней части тигля (воротника) применяют футеровочную массу, состав которой следующий:
Магнезитовый порошок – 70…70,5%;
Огнеупорная глина – 29,5…30%;
Сверх 100% вода в количестве 10 - 15%.
В бегунах составные компоненты смеси перемешивают до однородного состояния.
Кислая футеровка
Для набивки стенок тигля кислой футеровки применяют футеровочную смесь, состав которой следующий [7]:
Кварц пылевидный – 50%;
Кварцевый песок – 50 %;
Сверх 100% жидкое стекло в количестве 2 - 3%.
В лопастном смесителе смешивают пылевидный кварц с кварцевым песком и тщательно перемешивают.
Для футеровки сливного носка (желоба) и верхней части тигля (воротника) применяют вышеуказанный состав смеси, увлажненный водой (воды от 2-3 % от массы смеси пылевидного кварца с песком).
2.1.7 Плавка сплавов черных металлов в индукционной печи
Плавка стали 35Л ведется в тигле индукционной печи ИТПЭ-0,16/0,16 с кислой футеровкой, стали 32Х06Л – с основной футеровкой. Тигель перед каждой плавкой необходимо проверять на пригодность его к работе во избежание аварийных ситуаций. Не допускается наличие в тигле остатков металла предыдущих плавок, а на стенках тигля – глубоких трещин и разгара футеровки. Ремонт воротника тигля и сливного желоба осуществляется огнеупорной массой.
Плавку ведут в соответствии с выплавленным расчетом шихты. Шихтовые материалы следует подбирать по составу и габаритным размерам. Шлаки индукционной плавки имеют низкую температуру и недостаточно активны. По этой причине плавку в индукционных печах ведут без окисления, методом переплава, используя лом или отходы стали, чистый литейный возврат, ферросплавы.
Габаритные размеры шихты следует подбирать из условий наиболее полного заполнения тигля. Шихта подбирается по размерам из мелких и крупных кусков. Тугоплавкие ферросплавы нужно загружать на дно тигля. Для более плотной укладки промежутки между крупными кусками шихты засыпают мелочью. Плотная укладка шихты позволяет ускорить ее расплавление и снизить расход электроэнергии. Для ускорения плавки шихтовые материалы не следует загружать выше витков индуктора. Укладка шихты должна быть плотной и обеспечивать ее плавный сход по мере расплавления без образования «мостов».
После расплавления всей шихты наводят шлак. В индукционных печах благодаря выпуклому зеркалу металла шлак стекает к стенкам тигля, поэтому его следует время от времени добавлять, не допуская появления незащищенной шлаком поверхности металла. Шлаковый покров в индукционных печах служит для уменьшения тепловых потерь, предотвращения насыщения металла газами, снижает угар отдельных элементов [7].
2.1.8 Разливка жидкого металла
Для разливки стали применяют повортные ковши, нагретые до малинового свечения футеровки(до температуры 700-800°С).
Ковш заполняют металлом на 7/8 его емкости. Во время заливки форм для исключения попадания шлака в форму его удерживают металлическим скребком. Металл заливают непрерывной струей в воронку стояка. Пробы для химического анализа и контроля механических свойств металла заливают в середине разливки. Остатки металла после разливки сливают в изложницу. Полученный слиток после охлаждения помещают в короб с соответствующей маркировкой.
2.1.9 Выбивка и очистка отливок от керамики
Выбивка - это отделение залитых металлом оболочковых форм от наполнителя и направление их на очистку. Выбивка отливок при сыпучей наполнительной смеси производится простым высыпанием смеси из опоки. Залитые опоки освобождаются от формовочного песка на решетке, стоящей над бункером-накопителем для песка.
Предварительная очистка отливок заключается в удалении оболочки, которая сравнительно легко удаляется от литниковой системы и наружной поверхности отливок ударами деревянного молотка. В отверстиях же и на отливках сложной конфигурации оболочка держится прочно и снять её обычно при этой операции обычно не удается. Залитые опоки освобождаются от формовочной смеси в «Установке для выбивки опок модели 66232».
Отливки, имеющие сложную конфигурацию, с различными поднутрениями, подвергаются очистке от остатков керамики при помощи автомата модели 6Б95.
Для отделения литых заготовок от литниково-питающей системы и прибылей проводится операция обрубки. Метод обрубки указывается в технологической карте. Отделение отливок от литниково-питающей системы происходит на гидравлическом прессе модели 6А93. Блок отливок устанавливается нижней частью стояка в фильеру, после чего зажимается между штоками верхнего и нижнего цилиндров. Верхним цилиндром блок продавливается через фильеру, режущие кромки которой отделяют отливки, после чего нижний цилиндр возвращает стояк и шток верхнего цилиндра в исходные положения, где стояк разжимается и удаляется.
2.1.11 Термообработка отливок
Термическая обработка отливок проводится для улучшения кристаллического строения, снижения или устранения внутризеренной ликвации, снятия остаточных напряжений и повышения физико-химических свойств. Для стальных отливок термическая обработка является обязательной технологической операцией [7].
Для отливок, изготовленных из стали марки 32Х06Л, нужно проводить термообработку по режиму (закалку 890-910°С, отпуск 600-630°С). Для отливок из стали марки 35Л следует проводить термообработку по режиму(нормализация 860-880°С, отпуск 600-630°С).
Нормализация заключается в нагреве отливки выше верхней критической точки, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на спокойном воздухе. Нормализацию проводят для придание металлу однородной мелкозернистой структуры (не достигнутой при литье) и как следствие — повышение его механических свойств (пластичности и ударной вязкости).
Закалка направлена на получение в сплаве максимально неравновесной структуры и соответственно аномального уровня свойств. Любая закалка включает в себя нагрев до заданной температуры, выдержку и последующее быстрое резкое охлаждение.
Отпуск направлен на уменьшение внутренних напряжений в сплавах после закалки. Чтобы получить необходимое соотношение прочности и пластичности, такой сплав после закалки подвергают дополнительной термообработке отпуску.
2.1.12 Доводка отливок и контроль качества
Доводка отливок нужна для придания отливкам качественного товарного вида. Очищенные и отделённые от литников и прибылей отливки необходимо проконтролировать на наличие дефектов. Литые заготовки с исправимыми дефектами направляют на доводку, а окончательно забракованные складируют в маркированные контейнеры для переплавки.
Отливки, имеющие такие литейные дефекты как: грубая поверхность, залив, просечка, ужимина, плен, складчатость, доводят наждачным и слесарными инструментами до устранения дефектов и получения качественной продукции.
Отливки с такими дефектами как: газовые, усадочные и шлаковые раковины, утяжины и усадочная пористость, расположенными на неответственных местах и превышающими допустимые по техническим условиям размеры, заваривают. При необходимости проводят финальную зачистку.
Оценка качества отливок должна производиться в соответствии с техническими условиями, составленными применительно к конкретным деталям. В технических условиях должно быть оговорено количество и характер дефектов, допустимых на отливках, не снижающих эксплуатационных свойств и не ухудшающих их внешнего вида.
На обрабатываемых поверхностях отливок можно допускать любые дефекты, не выходящие из пределов припусков на механическую обработку.
Первый предварительный контроль качества отливок производится сразу же после выбивки, ещё до отделения отливок от литниковой системы. Контроль в блоке не дает полного представления о качестве отливок, однако позволяет выявить причины некоторых литейных дефектов и не допустить на последующие операции бракованные отливки.
После отделения от литника и окончательной очистки отливки подвергаются вторичному, более тщательному контролю внешним осмотром.
Отливки ответственного назначения помимо контроля внешним осмотром, проверки химического состава, механических свойств и структуры сплава просвечиваются рентгеновскими лучами для выявления внутренних дефектов отливок – усадочных раковин и рыхлот, газовых раковин, шлаковых и других неметаллических включений.
Контроль размеров отливок следует производить после всей обработки отливки в литейном цехе. Для контроля размеров применяется универсальный контрольно-измерительный инструмент: штангенциркули, микрометры, линейки, наборы мерных пилок и щупов.
2.2 Разработка технологии изготовления отливки-представителя «Кронштейн»
2.2.1 Анализ конструкции детали, условий ее эксплуатации, материала отливки
Отливка - представитель «Кронштейн» массой 0,25 кг, габаритные размеры: высота 48 мм, ширина 40 мм, и толщина 65 мм. Представляет собой деталь С-образной формы. Деталь испытывает статические и динамические нагрузки в процессе эксплуатации. Отливка относится к группе отливок ответственного назначения, к которым предъявляются повышенные требования по качеству поверхности, точности размеров, уровню механических свойств, поэтому выбираем способ изготовления отливки методом литья по выплавляемым моделям.
Отливка изготавливается из стали 35Л, химический состав который следующий, мас.%: 0,32-0,40 С; 0,2- 0,52 Si; 0,4-0,9 Mn; S не более 0,06; Р не более 0,06. Плотность 7,83 г/см3. Линейная усадка – 2,2%. Температура начала затвердевания - 1500°С. Жидкотекучесть - 1600мм. Твердость по Бринеллю НВ = не менее 170.
2.2.2 Определение припусков на механическую обработку, величин формовочных уклонов и литейных радиусов, галтелей
Припуск на механическую обработку 1,0-1,5 мм. Предельное отклонение на литейные размеры выполняются согласно ГОСТ 26645-85.
Для извлечения модели из пресс-формы, на ней необходимо назначить формовочные уклоны. Величину уклонов принимаем по ГОСТ 3212-92. Формовочные уклоны в пресс форме находятся в пределах 0°15’ [9].
Чтобы обеспечить отсутствие таких дефектов как усадочные раковины, пористости, трещины, необходимо обеспечить плавные переходы от тонких к толстым сечениям, а также правильное сопряжение и достаточная величина радиусов обеспечит получение отливки без вышеупомянутых литейных дефектов. Слишком малый радиус приводит к возникновению напряжений и возникновению трещин в отливках, слишком большой – к неоправданному увеличению массы отливки, усадочным дефектам в отливках (увеличению объема теплового узла). Для предотвращения образования в отливке трещин в местах сопряжений и облегчения извлечения модели из пресс-формы, назначаются галтели. В нашей отливке толщина сопрягаемых стенок от 4 до 10 мм. Назначаем величину галтели для наружной поверхности R5. Остальные литейные радиусы до 1,5 мм [9].
2.2.3 Выбор и обоснование способа изготовления отливки
Отливка «Кронштейн» изготавливается методом литья по выплавляемым моделям. Это обусловлено явными преимуществами данного способа литья [10]:
1) высокая точность размеров;
2) за один прием можно изготовить большое число отливок;
3) форма не имеет разъёма;
4) возможность максимально приблизить отливку по форме и размерам к готовой детали, а в ряде случаев получить литую деталь, дополнительная обработка которой перед сборкой не требуется.
2.2.4 Выбор и обоснование положения отливки при заливке
Выбор места подвода металла следует выполнять, руководствуясь следующими требованиями [10]:
- Подвод металла следует выполнять таким образом, чтобы обеспечить направленность затвердевания;
- Чтобы избежать возникновения внутренних напряжений следует подводить металл таким образом, чтобы уменьшились температурные перепады в ее частях;
- Форму следует заполнять ламинарным потоком, а также избегать возникновения встречных потоков металла, т.е. питатели размещать так, чтобы направление движения металла было в одну сторону;
- Подвод металла следует осуществлять в массивные части, так как литниково-питающая система в нашем случае является прибылью;
- Следует стремиться к осуществлению подвода металла в форму при заполнении ее наиболее коротким путем.
Учитывая конфигурацию отливки, располагаем её на стояке круглого сечения, с целью получения большего числа отливок. Это обеспечит высокий выход годного, а также наиболее рациональное расположение блока при заливке. Металл подводим через питатель к массивным частям отливки. Это позволит выровнять скорость охлаждения тонкой и более массивной частей отливки, что приведёт к уменьшению напряжений. Питатель выполняем круглого сечения. Поскольку отливка «Кронштейн» Г-образной формы, то логичнее всего будет расположить отливку массивной частью вверх, дабы обеспечить направленное затвердевание. За один технологический процесс будет изготавливаться восемь отливок, т.е. на стояке располагаются восемь отливок вышеуказанным способом.
2.2.5 Выбор и обоснование конструкции литниково-питающей системы
На мой взгляд наиболее логичным будет принять 1 тип литниковой системы для данной отливки [8]. Питающий элемент – центральный стояк. Литниково-питающей системы этого типа представляет собой стояк компактного сечения, непосредственно к которому с разных сторон присоединяются небольшие отливки с индивидуальным питателем. Центральный стояк выполняет роль одновременно и прибыли, и литникового хода, а питатель соответственно выполняет и роль шейки прибыли. В сечении стояк имеет форму круга. Это сделано для удобства приклейки моделей на стояк. На одном стояке располагаются восемь отливок, чтобы позволяет должным образом обеспечить питание и отделение отливок от стояка. Питатели подводим к массивной части отливки, это обусловлено как питанием, так и более жестким креплением модели на стояке.
Центральное расположение стояка обуславливает естественное замедление его охлаждения и способствует направленному затвердеванию периферийно расположенных отливок. Зумпф в нижней части стояка смягчает отрицательное действие механического и теплового ударов, имеющих место в начальный момент заливки.
2.2.6 Расчет литниково-питающей системы
Данная отливка характеризуется наличием достаточно протяженной стенки и с массивным узлам, поэтому именно в этот узел будем подводить металл.
Модели располагаем при сборке в модельный блок, учитывая следующее [8]:
а) расстояние от верхней кромки чаши до наивысшей точки моделей верхнего ряда – 60 мм;
б) расстояние от конца зумпфа до питателей нижнего ряда моделей – 30 мм;
в) расстояние между моделями смежных рядов в местах сближения отдельных частей моделей – 11 мм.
Расчет размеров элементов литниково-питающих систем в случае, когда требуется получить плотные отливки с повышенными механическими свойствами, рекомендуется производить по методике, разработанной М.Л. Хенкиным на основе обширных экспериментальных исследований. Эта методика подходит для расчета элементов ЛПС 1 – 3, 7 типов.
Согласно этой методике подвод металла осуществляется в тепловой узел.
Приведенная толщина массивной части отливки (узла питания) и масса отливки являются исходными данными для определения размеров элементов литниково-питающей системы.
Расчет размеров питателя или стояка производится по формуле [8]:
где z - приведенная толщина узла питания отливки (отношение объема массива отливки к площади поверхности ), мм;
Q - масса отливки, г;
Lп - длина питателя, мм;
δп - приведенная толщина сечения питателя (отношение площади сечения питателя к его периметру), мм;
δст - приведенная толщина сечения стояка (отношение площади сечения стояка к его периметру), мм.
В зависимости (2.3) через приведенные толщины δп, δст и z, а также массу отливки Q отражена зависимость между размерами литниковой системы и размерами узла питания (термического узла), а также между размерами самих элементов литниковой системы (стояка и питателя).
Необходимо провести расчет размеров элементов литниково-питающей системы для отливки «Кронштейн»; материал – сталь 35Л; масса отливки Q = 250 г.
Формула для нахождения приведенной толщины массивного узла отливки имеет следующий вид [8]:
где a – даметр массива, мм;
b – ширина массива, мм;
Поскольку имеется лишь один массивный узел, найдем Z.
Находим приведенную толщину массивного узла отливки Z по формуле (2.4):
Принимаем длину питателя Lп = 4 мм [8].
Для Q = 250 г; z = 3,5 мм; Lп = 4 мм; по таблице 6 [8], находим Dст = 40 мм, δп = 8 мм.
Выбираем сечение питателя в виде цилиндра диаметром 8 мм и стояк круглого диаметром 40 мм, Hст=250 мм.
2.2.7 Выбор типа и конструкции пресс-формы
Отливка «Кронштейн» производится в условиях массового производства, поэтому выбираем пресс-форму со следующими характеристиками [10]:
1) по точности – с точными размерами (9 квалитет);
2) по материалу пресс-формы – из стали;
3) по способу изготовления пресс-формы – механическая обработка;
4) по способу заполнения – запрессовка под давлением пастообразным модельным составом (усадка меньше, заполнение без разбрызгивания);
5) по способу охлаждения – в воде;
6) по механизации – ручная;
7) по количеству одновременно получаемых моделей – четырехместные;
8) по положению в пространстве – с криволинейным разъемом;
9) по сложности – сложная.
Изготавливаем пресс-форму из алюминия т.к. этот материал хорошо зарекомендовал себя в этой области применения, он более долговечен в массовом производстве по сравнению полимерными материалами. Практически точность размеров рабочей полости пресс-форм должна быть на 1-2 класса выше требуемой точности отливок.
2.2.8 Технико-экономический анализ проекта
Используя рекомендации [8] о размещении отливок на блоке получаем, что на стояке рационально размещать 2 яруса по 4 отливки в каждом (итого 8 отливок).
Для того, чтобы разработанную технологию можно было внедрять в производство, необходимо оценить ее с точки зрения экономичности. Для определения экономичности и эффективности технологии служит показатель технологический выход годного (ТВГ). Его рассчитывают по формуле:
,
где Gотл – масса отливки, кг; Gпр – масса прибыли, кг; Gл.с. – масса литниковой системы, кг.
Тогда ТВГ составит:
Разработанную технологию можно считать эффективной, если расчетный ТВГ находится в пределах 30-50% для способа получения отливок по ЛВМ.
Вывод: разработанная технология эффективна и экономически целесообразна.
2.2.9 Анализ возможных видов брака и меры их предотвращения
Даже спроектировав правильную литниковую систему, можно получить брак. Поэтому производится доработка технологии по результатам опытных заливок.
При изготовлении отливок методом литья по выплавляемым моделям возможны следующие дефекты:
- засоры
- значительная шероховатость поверхности
- газовые раковины
- несоответствие размеров.
Причинами засоров являются механические повреждения оболочек на всех операциях изготовления, попадание инородных частиц с модельной массой, попадание инородных примесей через воронку при формовке блоков. Для предотвращения засоров нужно предохранять оболочки и формы от механических повреждений на всех технологических операциях; модельную массу фильтровать и отстаивать; воронку подрезать, перед формовкой закрыть крышкой, после формовки блок пылесосить.
Значительная шероховатость поверхности может возникнуть вследствие плохого смачивания суспензией модельного блока, «пробоя» первого облицовочного слоя суспензии крупным песком при обсыпке модельных блоков. Для предотвращения данного дефекта следует добавлять поверхностно активные вещества, строго соблюдать рецептуру и режим приготовления связующего и суспензии, ускорить процесс сушки облицовочного слоя интенсивной вентиляцией вакуумно-аммиачной камеры. Не стоит применять песок с крупным зерном, а консистенцию и состав суспензии следует подбирать так, чтобы образовывала равномерный, но не слишком тонкий слой на всей поверхности блока.
Газовые раковины образуются из-за повышенной насыщенности расплава газами и окислами или недостаточной газопроницаемости оболочки. Во избежание газовых дефектов нужно тщательно рафинировать сплав перед заливкой, а также промывать и прокаливать формовочные огнеупорные материалы.
Несоответствие размеров и конфигурации отливки может возникнуть из-за изменения размеров оболочки под давлением модельной массы при нагреве-охлаждении, а также из-за изменения конфигурации самой модели. Вследствие чего в помещении сушки и хранения модельных блоков следует поддерживать постоянную температуру и по возможности влажность, а также дольше выдерживать модельную массу в пресс-форме.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном дипломном проекте спроектирован цех стального литья по выплавляемым моделям с годовым выпуском 270 тонн отливок из стали 32Х06Л, 35Л рассчитана его производственная программа.
В соответствии с производственной программой выбрано и рассчитано оборудование, с помощью которого можно достичь заданной производительности цеха.
Проведены расчеты шихтовых материалов, площадей складов для хранения нормативного запаса шихтовых и формовочных материалов.
Представлены все технологические операции изготовления отливок методом литья по выплавляемым моделям. Разработана технология изготовления отливки представителя «Кронштейн».
Производство отливок в спроектированном цехе ограничивается одним технологическим процессом, т.е. данный цех имеет технологическую специализацию. При этом номенклатура отливок ограничивается только массой (от 50 г до 1,5 кг). Такая специализация очень эффективна. По моему мнению, цех будет иметь стабильный заказ от машиностроительных и железнодорожных предприятий и индивидуальных заказчиков - за счет высокого качества продукции, и её не высокой рыночной стоимости, что очень важно в условиях конкуренции.
С точки зрения экологии цех не окажет большого воздействия на окружающую среду, так как используемые индукционные печи имеют низкие показатели выбросов вредных веществ, отработанных огнеупорные оболочки на полигоны для хранения мусора. Также, все установки имеют очистные сооружения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Финкельштейн А.Б. Методическое указание по курсовому и дипломному проектированию «Проектирование литейных цехов», ГОУ УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 2007 г., 35 с.
- Сафронов В.Я. Справочник по литейному оборудованию / Москва: Машиностроение, 1985.-320с.
- Финкельштейн А.Б., Быков А.С., Злыгостев А.С., Современное литейное оборудование: учебное пособие / под общей редакцией Финкельштейн А.Б. Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2005.113с.
- Кулаков Б.А., Знаменский Л.Г., Ивочкина О.В. и др. Проектирование и реконструкция литейных цехов: учебное пособие к вполнению дипломного проекта / под общей редакцией Кулаков Б.А.- Челябинск: Изд. ЮрГУ, 2001.144с.
- Кнорре Б.В. Основы проектирования литейных цехов / Б.В. Кнорре. – Машиностроение, 1979.-370 с.
- Кельчевская Н.Р., Романова Л.А., Финкельштейн А.Б. Организация и планирование литейного производства: Учебное пособие / Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2002.180с.
- Козлов Л.Я., Колокольцев В.М., Вдовин К.Н. и др. Производство стальных отливок: Учебник для вузов./Под редакцией Козлова Л.Я. – М.: МИСИС, 2003.- 352с.
- Фурман Е.Л., Казанцев С.П. Специальные виды литейного производства. Часть 2. Литье по выплавляемым моделям: Учебное пособие / Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. 155с.
- ГОСТ Р 53464-2009 Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку, М.: Стандартинформ, 2009. 50 с
- Иванов В.Н., Казеннов С.А., Курчман Б.С. и др. Литье по выплавляемым моделям / под общей редакцией Шкленника Я.И., Озерова В.А. Москва: Машиностроение, 1984.-408с.