ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
ДЛЯ КУРСОВОГО И ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
А.А.Родионов
Липецк 2008
Исходные данные для проектирования
Для цехов крупносерийного и массового производства проектирование ведётся по точной (подетальной) программе — форма 1. Характерна для литейных цехов машиностроительных заводов, где каждое изделие (трактор, автомобиль, станок) содержит известное количество литых деталей.
Форма 1
| № | Деталь | Металл | Масса, кг | Размеры отливки | термообработка | На один трактор | Основное пр-во | В запчасти | Итого за год | |||||||
| дет | отл | дли | шир | выс | шт | кг | Тыс. шт | т | Тыс.шт | т | Тыс. шт | т | ||||
| шкив | СЧ-20 |
Количество деталей в рамках учебного проекта ограничивается величиной в 10-15 штук, но они должны в полной мере отражать специфику цеха-прототипа: развес литья, долю массовых и единичных отливок и др.
При проектировании цехов ремонтного назначения с серийным и мелкосерийным характером производства применяется приведённая программа, в которой для каждого технологического потока оставляется только одна отливка, называемая «отливка-представитель», данные которой распространяются на весь поток. Тогда количество деталей в таблице уменьшится до 3-4. Однако если при точной (подетальной) программе все отливки могут оказаться в одном технологическом потоке с одинаковыми типоразмерами опок, в приведённой программе потоки могут отличаться даже способом литья! Например, в цехе могут быть запроектированы одновременно линии для литья в ПГФ и ХТС, центробежное литьё заготовок и кессонная формовка для крупных отливок.
Работа над проектом
Студент, получив программу цеха-прототипа по форме 1 и производительность будущего цеха, должен наметить способы получения отливок, типоразмер опок или другой оснастки, скорректировать цифры выпуска отливок в год и составить «НОМЕНКЛАТУРУ ОТЛИВОК», содержащую дополнительно информацию, полученную на производственной практике: массу литниково-питающих систем, брак отливок, количество отливок в форме.
НОМЕНКЛАТУРА ДЕТАЛЕЙ ПО МАРКАМ СПЛАВОВ
| № | Название детали | Сплав | Штук в год | Масса для одной отливки, кг | Масса на годовую программу, т | К-во отливок в форме | Размер опок в свету, мм | ||
| отливки | ЛПС | отлив | ЛПС | ||||||
| Кронштейн | 45л | 36,5 | 15,3 | 800х | |||||
| Трак гусеницы | 110Г13л | 4,16 | 1,35 | 800х |
Следует обратить особое внимание на то, что массу ЛПС в таблице следует указывать из расчёта на ОДНУ отливку! Если в приведённом примере гусеничные траки формуются по 4 штуки в форме, то металлоёмкость формы составит 16,64 кг плюс 5,4 кг в литниковой системе, итого 22 кг, в том числе на одну отливку приходится 1,35 кг ЛПС.
Назначение типоразмера опок можно сделать, исходя из размеров отливки и правил формовки, а при недостатке данных — по формулам:
Для одной отливки массой m, без ЛПС, в зависимости от вида производства
Для массового производства площадь опоки в свету
S=A*m^b,
где А=0,27 — 0,09 и b=0,45 — 0,50.
Для мелкосерийного производства
A=0,200 — 0,024 и b=0,46 — 0,69.
В формулу подставляется масса максимальной для данного технологического потока отливки; далее в выбранной опоке организуется производство остальных отливок потока по нескольку отливок в одной опоке.
ФОРМИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОТОКОВ
В рамках учебного проекта распределение отливок по потокам производится в зависимости от массы отливки без ЛПС и типоразмера опоки. Имеется 8 технологических групп отливок, на основе которых выполнена унификация модельно-опочной оснастки и средств комплексной механизации:
| № техн.группы | Масса отливки | Размер опок | Техпроцесс |
| 1 мелкое литьё) | До 100 кг | 800х700 | Формовка в ПГФ или формы из ХТС |
| 2 мелкое литьё | До 500 кг | 1200х1000 мм | |
| 3 среднее | 100 — 1000 кг | 1600х1200 мм | |
| 4 среднее | 100 — 2500 кг | 2000х1600 мм | |
| 5 крупное | 500 — 5000 кг | 2500х2500 мм | С применением облицовочных см |
| 6 крупное | 1-10 тонн | 3х3м,4х3м,5х3м. | |
| 7 тяжёлое | 10 — 30 тонн | 5х5м и 7х4м | |
| 8 тяжёлое | Более 10 тонн | кессон |
Наибольшее распространение имеют цеха мелкого и среднего литья. Рекомендуется иметь в цехе не более 4-х техн. групп и не смешивать крупное литьё со средним и мелким в пределах одного цеха.
ВЫБОР ПЛАВИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ
Чугун является наиболее массовым литейным сплавом — 80 процентов мирового производства отливок. Сферы применения, ранее характерные для стали, постепенно заполняются новыми марками чугуна (с особыми свойствами). Сталь продолжает оставаться вторым по массовости литейным сплавом, но её применение чревато различными проблемами, снижением выхода годного, усложнением технологии литья и термообработки отливок. С точки зрения учебного процесса рассмотрение вопросов стального литья является очень интересным.
Цветное литьё имеет значительно меньшее распространение, чем чёрные металлы. Поэтому выбор плавильных агрегатов ограничивается теми из них, которые предназначены для плавки чугуна и стали. Возможно применение дуплекс-процессов, однако следует помнить, что это дополнительные затраты.
Основной задачей проектирования плавильного отделения литейного цеха является определение ёмкости печей и их количества для бесперебойного снабжения формовки жидким металлом. При параллельном режиме работы, характерном для крупных современных цехов, синхронизация плавильного и формовочного отделений достигается путём автоматизации управления по специальной программе, но предпосылки для этого должны быть заложены правильным выбором оборудования.
Удобнее всего синхронизировать заливку и формовку при плавке в индукционных печах. Режим «жидкого болота» позволяет отбирать из печи от 30 до 50% металла в зависимости от колебаний потребности формовки.
Процесс определения оптимальной ёмкости печи в цехах мелкого и среднего литья начинается с определения ёмкости заливочного ковша по формуле:
Е=е(Т1 -Т2)хКр /ТснхЦ
где Е-вместимость ковша, кг
е — средняя металлоёмкость формы, кг
Т1 - температура начала заливки
Т2 — температура конца заливки
Тсн - понижение температуры металла в ковше за мин.
К р — коэффициент снижения частоты заливки по сравнению с теоретически возможной =0,50-0,75
Ц- полный цикл заливки формы (определяется при расчёте ЛПС); для условий цехов мелкого и среднего литья можно принять Ц=Ʈ+0.5мин.
Например, для чугунной отливки массой 112,7 кг и толщиной стенки 30мм
Ʈ=2,0х(112,7х30) ¹/³ = 30сек = 0,5 мин, Ц=1,0 мин,
Е=(112,7+28,1)х(1400-1300)х0,5 / 20х1,0 = 140,8х5,0х0,5=352 кг.,
При заливке с более высокой интенсивностью, с коэффициентом К=0,75 от теоретически возможной частоты, Е=528 кг. Принимаем стандартный крановый ковш чайникового типа ёмкостью 500 кг., и полной массой 760 кг.
Полученный ковш проверяется на возможность заливки из него максимальной отливки данного технологического потока. По полной массе ковша (с металлом и траверсой) определяется грузоподъёмность кранового оборудования цеха с запасом 20%.
Ёмкость плавильной печи, работающей в режиме «жидкого болота», принимается равной 2-3 ёмкостям ковша. При этом обеспечивается работа плавильного отделения без использования миксеров.
Если печь обслуживает автоматическую формовочную линию или литейный конвейер, её ёмкость определяется по формуле:
ε=B2хkнхtц / Фд;
где В2 — потребность формовочного отделения в металле в год,
kн – коэффициент неравномерности работы плавильного отделения по отношению к формовочному (запас мощности для компенсации разной металлоёмкости форм и организационных причин),
tц — продолжительность разливки одной плавки, часов
Фд- действительный годовой фонд времени.
Для цеха, выплавляющего 12000 тонн чугуна в год серийным производством с (kн=1,2 получим):
ε = 0,5 х 12000 / 3645 = 1,65 тонны
Таким образом, оптимальная ёмкость индукционной печи лежит в диапазоне 1,0 — 1,5 тонны.
Для дуговых печей следует предусматривать применение миксеров, так как вся плавка сливается в один промежуточный ковш. Ёмкость миксера принимать равной 2-х часовой производительности печи.
В работе цеха могут быть моменты, когда из-за небольшой текущей металлоёмкости форм образуется излишек жидкого металла. Чтобы не разливать его в чушки можно предусмотреть в цехе участки кокильного литья, установки литья дроби и другие «быстрые» потребители жидкого металла.
РАСЧЁТ КОЛИЧЕСТВА ПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ
Когда правильно определена ёмкость печей для одного или нескольких технологических потоков, расчёт их количества не представляет сложности, однако надо помнить, что при выборе конкретной марки печи её производительность может существенно колебаться! Так, большинство технических характеристик печей указаны для кислого процесса. При использовании основного процесса производительность снижается:
–при плавке чугуна в дуговых печах — на 30 %,
–при плавке стали в индукционных печах — на 20 %.
–Для индукционных печей производительность указывается для «болота» в 50 % и при определённой температуре перегрева;
–подогрев шихты до 400 градусов производительность повышается на 10-25 %.
Для некоторых плавильных печей предусматривается несколько вариантов печных трансформаторов. Так, в приведённой ниже таблице для печи ёмкостью 2,5 тонны чугуна имеются трансформаторы мощностью 630 и 1000 Квт, а для печи ёмкостью 6 тонн — даже три варианта, но 6-тонная печь мощностью 1000 Квт не применяется для расплавления чугуна, но только для перегрева.
| Тип печи | Мощность, Мегаватт | Скорость плавки | Производительность,т/ч | ||
| Расплавление до1500 градусов | Только перегрев ещё на 100 | Расплавление до1500 градусов | Только перегрев ещё на 100 | ||
| ичт1/04 | 0,4 | ||||
| Ичт2,5/063 | 0,63 | 1,0 | |||
| Ичт2,5/1,0 | 1,0 | 0,5 | 7,9 | ||
| Ичт6/2,5 | 2,5 | 2,75 | |||
| Ичт6/1,6 | 1,6 | 1,85 | |||
| Ичт6/1,0 | 1,0 | Не прим | 14,2 |
Дуговые печи переменного тока аналогичной ёмкости имеют следующие характеристики: видно, что мощности для дуговой плавки требуется больше. Производительность можно существенно увеличить, если:
-резать шихту кислородом во время расплавления (на 7-12 %);
-продувать ванну кислородом в окислительный период (на 10-12%);
-подогревать шихту до 600-700 градусов (на 10-15 %);
-применять автоматизацию управления печью (на 5%);
Однако, при выплавке легированной стали производительность снижается для приведённых здесь печей на 20 %.
| Тип печи | мощность | Время плавки основным процессом | Кислым процессом | |||
| сталь | вч | сталь | кч | сч | ||
| Дсп-0,5 | 0,63 | 1,7 ч | - | 1,4 | - | - |
| Дсп-1,5 | 1,25 | 1,9 ч | - | 1,5 | - | - |
| дсп-3 | 2,0 | 2,4 ч | 2,3 ч | 1,8 | 1,8 | 1,6 |
| дсп-6 | 4,0 | 2,8 ч | 2,7 ч | 2,0 | 2,0 | 1,8 |
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФОРМОВОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ
Проектирование формовочных отделений начинают с распределения отливок на группы по массе. Способы изготовления форм могут отличаться в группах настолько, что потребуется организовать несколько формовочных отделений в разных пролётах. Но чаще меняется только типоразмер оборудования и оснастки. В рамках одного цеха возможно, но не желательно применение разных технологий, так как будет нарушен принцип специализации, который обеспечивает качество литья.
По массе отливки определяем площадь опоки по одной из формул:
S = Am
где S — площадь опоки в свету, м
m- масса отливки, кг
для условий мелкосерийного и единичного производства А меняется в пределах 0,024<А<0,200; показатель степени b меняется в пределах 0,46<b<0,69.
Для условий массового производства диапазон изменения значений уже и составляет 0,090<A<0,270 0,45<b<0,50
Площадь секторов этих графиков определяется статистическим разбросом свойств отливок, которые при совершенно одинаковой массе могут иметь очень разные размеры (в связи с наличием или отсутствием стержней, толщиной стенок, и др.). Видно, что в массовом производстве сектор разнообразия свойств отливок меньше, чем в единичном и МС, но средняя линия обоих графиков практически совпадает.
| Масса отл. в форме, кг | Для массового производства | Для мс и единичного пр-ва | ||
| Максимальная площадь опоки,мм | Минимальная площадь опоки,мм | Максимальн. Площадь опоки,мм | минимальная | |
| 600 000 | 180 000 | 500 000 | 40 000 | |
| 850 000 | 250 000 | 830 000 | 60 000 | |
| 1 040 000 | 300 000 | 1 100 000 | 70 000 | |
| 1 200 000 | 340 000 | 1 300 000 | 80 000 | |
| 1 350 000 | 380 000 | 1 500 000 | 90 000 | |
| 1 470 000 | 410 000 | 1 700 000 | 100 000 |
Таким образом, в рассмотренной весовой группе могут потребоваться опоки с площадью в свету от 40 000 миллиметров квадратных (что соответствует опоке размерами 200 на 200 мм) до 1 700 000 мм квадратных (опока типоразмером 1450 на 1200 мм). Однако в условиях отсутствия точных данных по отливкам допустимо находить площадь опоки по средней линии графика.
При мощностях цехов более 30 тыс тонн отливок в год возможно применение автоматических литейных линий. В этом случае применение холодно-твердеющих смесей становится невозможным из-за снижения производительности линии. Приходится использовать классическую песчано-глинистую смесь и формовать прессованием, или каким либо импульсным способом.
Определив типоразмер опок в технологических потоках и количество отливок в форме можно посчитать количество форм в год и объём смеси для выполнения годовой программы. При этом необходимо учесть 5% брака форм. Коэффициент использования объёма формы принимать в пределах 0,10 — 0,21 для чугуна и 0,10 — 0,18 для стали.
Необходимо учесть,что производительность формовочного оборудования указывается для автоматических литейных линий в формах в час, а для отдельных формовочных машин в ПОЛУФОРМАХ в час. Поэтому, если просчитывается вариант установки в цехе отдельных машин, следует продумать организацию их работы. Машины могут устанавливаться парами, когда одна машина специализируется на изготовлении только нижних полуформ, а другая — только верхних полуформ. Это позволяет достичь высокой производительности труда. Но бывают случаи, когда производительность не является решающим фактором;- если загрузка формовочных машин невелика (не обеспечивает работу пары даже в течение одной смены), - следует принять к установке одну машину, на которой, меняя модельные плиты, изготавливают и нижнюю и верхнюю полуформу.
Расчёт сводится в таблицу:
| Назван.детали | сплав | Деталей в год на программу | Масса | Размеры опоки в свету | Отливок в форме | Форм в год | Объём форм.смеси | |||
| Одной детали | В год | Одной формы | На годовую программу | |||||||
| крышка | сч-20 | 20 000 | 2 кг | 40т | 800х700 | 95,2дм.куб | 200 м.куб | |||
| втулка | сч-20 | 20 000 | 10 кг | 200т | 800х700 | 95,2дм.куб | 1000м.куб | |||
| итд | ||||||||||
| итд | ||||||||||
| итого | сч20 | Не заполнять | н.з | Не заполнять | 12 688 м. куб | |||||
Как видно из таблицы, объём одной формы в опоке 800 х 700 мм принят одинаковым и равным 95,2 дм. куб. для всех отливок, получаемых в таких опоках. В расчёте приняты высота опоки 200 мм и КИОФ=0,15. Количество деталей в год на программу включает 5% добавочных деталей на покрытие брака отливок, а количество форм в год учитывает ещё 5% форм на покрытие брака форм.
В дальнейшем по данным этой таблицы определяется количество формовочных машин и смесеприготовительного оборудования:
P = Bk/Фq
где B – количество изделий данного передела в год (при определении числа формовочных машин это количество форм, а при определении числа смесеприготовительных установок это количество кубометров смеси в год).
k – коэффициент неравномерности, который может быть от 1,0 до 1,5 и представляет собой запас мощности данного отделения по отношению к формовочному отделению. Формовочное отделение является расчётным и его k поэтому всегда равен 1,0.
Принципиальной особенностью литейного производства является возможность резких колебаний интенсивности технологических потоков. Так, в формах одного и того же размера, движущихся по литейному конвейеру с постоянной скоростью могут находится отливки общей массой 100 кг и 150 кг., то есть коэффициент неравномерности 1,5! Сегодня на конвейере идут формы со стержнями, а завтра — безстержневые и т. д.
Ф — годовой действительный фонд времени безаварийной и безостановочной работы оборудования, полученный статистическим путём.
Для литейного оборудования при работе в одну смену Ф=2 030 часов, в две смены Ф=3975 часов, в три смены Ф=5900 часов.
Но для автоматических линий установлены другие фонды времени: в
две смены Ф=3645 часов, в три смены Ф=5340 часов, уменьшение связано с более высокой сложностью эксплуатации и ремонта. Работа в одну смену для автоматических линий не предусматривается.
После выбивки отливок из форм они охлаждаются в течение длительного времени в естественных условиях. Для этого необходимо предусмотреть место в цехе после выбивных решёток и до подачи в термообрубное отделение. Даже мелкие отливки массой около 8 кг из серого чугуна требуют времени охлаждения от 1 до 2,5 часов! Весьма распространённые отливки массой более 100 и до 250 кг охлаждаются уже в течение 3-7,5 часов, а отливки из серого чугуна более 20 тонн охлаждаются двое-трое суток!! Здесь меньшее значение времени охлаждения соответствует отливкам, не содержащим стержней. Для углеродистой стали время, необходимое для охлаждения, меньше примерно в 1,2 раза.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТЕРЖНЕВОГО ОТДЕЛЕНИЯ
Особенность проектирования стержневого отделения состоит в том, что количество стержней, как правило, больше, чем количество отливок и разнообразие стержней весьма велико. Номенклатура стержней в условиях курсового проектирования заранее неизвестна и приходится предусматривать в цехе оборудование для всего диапазона возможных стержней.
Путём статистических наблюдений установлены нормы количества стержней определённой массы из расчёта на 1 тонну годного литья. (Табл. 20 учебника Л.И.Фанталова, Б.В.Кнорре «Основы проектирования литейных цехов и заводов», стр. 116.
Анализ этой таблицы показывает, что количество стержней больше всего в отливках небольшого развеса и монотонно снижается по мере возрастания весовой группы. Так, на 1 тонну годного литья в группе отливок массой до 20 кг необходимо изготовить 85 стержней, а в группе отливок массой более 20 тонн — всего лишь 6 стержней; но при этом количество стержней, приходящихся на одну лёгкую отливку составляет примерно 1 стержень на одну отливку, а в тяжёлой отливке стержней может быть более сотни — причём имеются даже самые маленькие стерженьки массой менее одного кг.
Объём стержневой смеси, необходимый для производства указанного в таблице количества стержней, также может быть найден по таблице 20. (цифры в скобках показывают потребный объём смеси в кубических дециметрах). Видно, что объём стержневой смеси вначале монотонно растёт, достигает максимума 662 кубических дециметра на тонну годного литья в группе отливок массой от 2 до 5 тонн, затем начинает плавно снижаться. Для большинства литейных цехов Липецкой области масса отливок не превышает 1 тонны. Поэтому для нас представляет наибольший интерес весовая группа от 100 до 500 кг. Рассмотрим её подробнее.
На одну тонну годного литья отливок этой весовой группы нам будет необходимо изготовить:
стержней массой менее 1 кг — 5 штук. (смеси -1,5 дм. Куб.)
от 1 до 2,5 кг — 4,5 штуки. (смеси -4,7 дм. Куб)
от 2,5 до 6 кг — 3,7 штуки. (смеси — 9,5 дм. Куб)
от 6 до 10 кг — 4,3 штуки. (смеси — 20 дм. Куб)
от10 до 16,7 кг — 2,7 штуки. (смеси — 21,6 дм. Куб)
от 16,7 до 25кг — 1,5 штуки. (смеси — 18,8 дм. Куб)
от 25 до 40 кг — 2,7 штуки. (смеси — 52,6 дм. Куб)
от 40 до 60 кг — 2,1 штуки. (смеси — 62,0 дм. Куб)
от 60 до 100кг — 1,5 штуки. (смеси — 72,0 дм. Куб)
от 100до250 кг — 0,5 штуки. (смеси — 52,5 дм. Куб)
от 250до600кг — 0,1 штука. (смеси — 25,5 дм. Куб)
Стержней массой более 600 кг по данным статистики, в этой весовой группе отливок, не встречается.
Понятно, что изготовлять стержни массой менее 1 кг и стержни массой 600 кг на одной и той-же машине невозможно. Предусматривать для каждой группы стержней свою стержневую машину — нерационально, особенно для крупных стержней, количество которых невелико. Если взять для примера ранее рассматриваемый цех мощностью 12 тыс. тонн чугунных отливок в год, то стержней массой от 250 до 600 кг понадобиться: 12 000 х 0,1 = 1 200 в год. Тогда при цикловой производительности стержневой линии ЛП036 равной 11 стержней в час и организации работы линии в две смены загрузка её составит: (1200 х 1,2)/(3640 х 11) = 0,036, то есть линия будет работать 3,6 % рабочего времени, что, конечно, недопустимо. В технической характеристике ЛП036 указывается, что она предназначена для изготовления стержней массой не менее 40 кг. Значит,её можно использовать для четырёх последних групп стержней, общее количество которых в нашем цехе равно (2,7+1,5+0,5+0,1) х 12 000 = 57 600 штук в год. В этом случае загрузка при двухсменной работе ЛП036 составит уже 1,73 (требуется установка двух линий ЛП036).
Но всё не так просто.
Не исключено, что удастся обойтись одной линией.
Надо учесть, что производительность стержневого оборудования указана в «съёмах в час», а за один «съём» можно получить или один большой стержень, или несколько маленьких. Для этого стержневой ящик делают многоместным. Предположим, что в группе 250 — 600 кг ящики одноместные, в группе 100 — 250 кг ящики двухместные, в группе 60 — 100 кг ящики трёхместные, в группе 40 — 60 кг ящики пятиместные. Количество съёмов будет (0,54+0,5+0,25+0,1) х 12 000 = 16 680, и загрузка линии ЛП036 получиться 0,50. Уже лучше, но ещё недостаточно. Оптимальный коэффициент загрузки оборудования стержневого отделения лежит в пределах 0,70 — 0,85 в зависимости от типа производства и всегда должен быть меньше, чем у оборудования формовочного отделения. При соблюдении этого правила стержневое отделение не будет тормозить работу формовки. Поправка на брак форм должна быть увеличена с учётом брака и поломок самих стержней в процессе их производства и транспортировки до 10%.
В стержневом отделении следует предусмотреть следующие вспомогательные участки: участок изготовления каркасов (15-20 м2), склад оснастки (8-12% от площади стержневого отделения, занятого основным технологическим оборудованием), склад готовых стержней (ещё 10-15%), кладовая (30-60 м²), служебное помещение (15-20 м²). Вместе с этими площадями общая площадь стержневого отделения составляет 70-90 % от площади формовочного отделения.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СМЕСЕПРИГОТОВИТЕЛЬНЫХ ОТДЕЛЕНИЙ
В современном литейном цехе, как правило, имеется несколько технологических потоков, в которых применяются разные формовочные смеси. Поэтому наиболее распространена компоновка, при которой в каждом формовочном отделении имеется своя смесеприготовительная установка. Многие фирмы-изготовители формовочных линий гарантируют их нормальную работу только в комплекте со своим смесеприготовительным оборудованием. Объём смеси определяется по количеству форм в данном технологическом потоке, из которого следует вычесть объём стержней, которые считаются отдельно. Долю облицовочной смеси принимать 30-40 % от общего расхода. Смесители для облицовочной смеси не применяют для приготовления наполнительной смеси. Как и в случае стержневого оборудования, здесь коэффициент загрузки смесителей должен быть меньше, чем у формовочного оборудования.
Стержневая смесь приготовляется из весьма качественных и дорогих исходных материалов, время для её приготовления больше, чем для приготовления формовочной смеси.
Дефицит формовочных песков заставляет обратить самое серьёзное внимание на регенерацию отработанной смеси. Для повторного использования отработанная смесь требует охлаждения, обеспыливания, оттирки плёнок связующего и введения освежающих добавок. Предварительно необходимо осуществить отделение ферромагнитных частиц с помощью магнитных сепараторов и немагнитных частиц с помощью сит.
В каждом технологическом потоке после выбивной решётки следует показать магнитные железоотделители (не менее двух на каждый конвейер отработанной смеси). Подвесной железоотделитель выбирает ферромагнитные частицы из верхнего слоя отработанной смеси, движущейся по ленточному конвейеру. Барабанный или шкивной железоотделители очищают нижние слои смеси, прилегающие к ленте конвейера, их можно устанавливать на каждой пересыпке. Следующим этапом должно быть просеивание. В отличие от железоотделителей, расположенных по ходу конвейеров, сита размещают в отделении регенерации, рядом со смесеприготовительными установками формовочных линий. Там-же следует предусмотреть вентиляционные камеры и помещение для экспресс-лаборатории. При двухэтажном объёмно-планировочном решении здания цеха перечисленное оборудование размещают на первом этаже.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕРМООБРУБНЫХ ОТДЕЛЕНИЙ
Большое разнообразие литых деталей предопределяет и соответствующее разнообразие технологий очистки и термообработки отливок.
Для условий курсового и дипломного проектирования объём производства ТОО принимается равным плану производства литья с учётом брака. При этом непосредственно в ТОО выявляется 2-3% брака отливок. Число отливок, подлежащих исправлению (заварке дефектов и др.) принимать 15-20 %.
В ТОО расчёту подлежит основное оборудование — галтовочные барабаны, дробемётные установки, термические печи. Однако на плане цеха необходимо указать всё необходимое по технологии оборудование:
для отделения ЛПС от отливки, охлаждения отливок, их обрубки и зачистки, исправления дефектов, выбивки стержней, дробеструйной/дробемётной обработки, повторной очистки после термообработки (образуется окалина),промывки, грунтовки, сушки, контроля качества. Для каждой операции на плане цеха следует предусмотреть соответствующий участок, но оборудование изображается только то, которое получено расчётом.
Печи для термообработки выбираются в зависимости от вида сплава и режима нагрева по таблице.
Режимы термообработки чугунных и стальных отливок
| Материал | Вид обработки | Температура в печи | Время обработки (часов) |
| Серый чугун | Низкотемпературный отжиг | 520-570 | 17-21 |
| Высокопрочный чугун | Отжиг | 900-950 | 19-30 |
| Снятие напряжен. | от12до25 | ||
| Ковкий чугун | Отжиг | 950-1030 | 31-58 |
| Низкоуглеродистая сталь | Нормализация | 890-920 | от12до25 |
| Высокоуглеродистая сталь | Нормализация | 860-880 | от10до21 |
| Отпуск | 580-650 | от8до23 | |
| Легированные стали | Отжиг | 860-880 | 22-41 |
| Нормализация | 870-890 | от12до21 | |
| Отпуск | 520-650 | 29-31 | |
| Высокомарганцовые стали типа 110Г13Л | Закалка в воде | 1050-1100 | 17 - 24 |
Для выполнения указанных операций термообработки используются нагревательные печи толкательные, конвейерные, с роликовым подом и т. д. Наибольшее распространение в литейном производстве СССР и России получили газовые нагревательные печи вышеназванных типов. Электрические нагревательные печи применяют реже, хотя они проще конструктивно и с точки зрения управления режимом. Недостатком электропечей является высокий расход электроэнергии, которая дороже природного газа и необходимость иметь к ним установки для приготовления защитного эндогаза. В газовой печи таким почти эндогазом являются продукты сгорания природного газа.
Необходимый химический состав атмосферы нагревательной печи в процентах:
| Вид обработки | СО | СО² | СН4 | Н² | О² | N² |
| нормализация стали 0,2% С | 19,0 | 0,70 | 0,20 | 38,0 | Не более 0,001!!! | Всё осталь- ное!!! |
| Нормализация стали 0,4% С | 19,0 | 0,30 | 0,20 | 38,0 | ||
| Цементация стали | 19,0 | 0,12 | 1,00 | 38,0 |
В связи с очень длительным циклом термообработки отливок, значительно превосходящим цикл их изготовления, увязка работы термообрубного отделения с формовочно-заливочно-выбивным отделением представляет собой непростую задачу. Термическое оборудование отличается большими габаритами и расходом энергии. Как большинство современных тепловых агрегатов, термические печи только незначительную часть тепла используют для полезной работы. На нагрев металла приходится 17,5 % расхода тепловой энергии; с продуктами сгорания удаляется 40,9 %. Ещё 21,4 % тепла теряется через рабочее окно, 6,5 % уходит через кладку печи и на массу мелких причин приходится ещё 13,7 %.Правильной организацией производства можно уменьшить только последнюю статью расхода.
На крупных заводах часто выделяют термообрубные операции нескольких литейных цехов в отдельный термообрубной цех.
Интенсивность эксплуатации оборудования ТОО устанавливается такая-же, как для стержневого и смесеприготовительного отделений, то есть загрузка 0,70-0,85 при коэффициенте неравномерности 1,1-1,3.
Площадь ТОО сталелитейного цеха может превышать площадь формовочно-заливочно-выбивного отделения, а для чугунолитейного цеха не превышает 40-70 % его. Для сталелитейных цехов большой мощности (более 40 000 тонн годных отливок в год) желательно размещение ТОО в отдельном производственном корпусе, соединённом с основным корпусом цеха отапливаемым переходом. Здесь же располагается пандус для въезда колёсного транспорта на 2 этаж цеха.
Ширина пролёта термообрубного отделения обычно принимается не менее 18 м., высота до низа конструкций перекрытия — 10,8 м.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ, БЫТОВЫХ
И АДМИНИСТРАТИВНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Лаборатории и бытовые помещения размещать в отдельно стоящем административном корпусе (за исключением экспресс-лабораторий), с отапливаемым переходом. Для цехов мощностью до 50 000 тонн литья в год принимать в проекте следующие площади:
Лаборатория формовочных материалов — 60 м²
Спектральная лаборатория -40 м²
Химическая лаборатория - 60 м²
Помещение для подготовки проб - 30 м²
Лаборатория металлографии и
механических испытаний - 50 м²
Диспетчерская - 50 м²
АСУ ТП - 70 м²
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОХОДОВ И ПРОЕЗДОВ
В литейном цехе может быть несколько главных проездов, рассчитанных на движение автомобилей и технологические проезды для движения электрокар и электропогрузчиков. Главные проезды предназначены для удобной подачи автомобилей в зону действия грузоподъёмных средств различных пролётов цеха, поэтому их располагают поперёк пролётов. При двухэтажной планировке автомобили подаются на первый этаж, а в перекрытиях обязательно надо предусмотреть грузовые люки, расположенные в зоне действия цеховых кранов. В случае регулярного потока автомобильных грузов на второй этаж предусматривается пандус, который чаще всего размещают между литейным и термообрубным корпусами. Ширина автомобильных проездов не менее 5,5 м.
Следует заметить, что для возведения зданий цехов любого завода лучше иметь площадку не абсолютно горизонтальную, а с уклоном 1/100.
В этом случае заезд в помещения первого и второго этажа происходит без устройства пандуса, с грунта. Кроме того, проще решаются вопросы отвода ливневых вод.
Технологические проезды предназначены для движения малогабаритного внутрицехового транспорта — электрокар и электропогрузчиков, причём последние — предпочтительнее, так как не требуют наличия в пунктах погрузки-выгрузки грузовых средств. Но габариты электропогрузчиков больше и ширина проездов для них должна быть увеличена.
Нормы ширины цеховых проездов, м
| Организация грузопотока | Электрокар | Электропогрузчик | ||||
| Максимальная длина контейнера,м | ||||||
| 0,8 | 1,5 | 2,0 | 0,8 | 1,5 | 2,0 | |
| Одностороннее движение | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 2,5 | 3,0 | 4,0 |
| Двухстороннее движение | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 3,5 | 4,0 | 5,0 |
Электрокары имеют грузоподъёмность 1-2 т, скорость 80-120 м/мин. Могут оснащаться гидроманипуляторами для самопогрузки, системами автоматического маршрутного управления (трансроботы).
Электропогрузчики имеют грузоподъёмность 0,5-3,2 т, скорость 180 м/мин, способен подавать груз на высоту 2,7-4,0 метра.
Автопогрузчики, применяемые в литейных цехах, имеют грузоподъёмность 3-5 т., скорость 18-25 км/час. При правильно спроекти