Литье по выплавляемым моделям



АННОТАЦИЯ

 

. Цех литья по выплавляемым моделям с годовым выпуском 1000 тонн отливок из углеродистой стали. – Челябинск: ЮУрГУ, ФМ- 562, 2007. – 32 с. Библиография литературы – 6 наименований, 1 лист чертежа ф. А1.

В курсовом проекте спроектирован  цех литья по выплавляемым моделям с годовым выпуском 1000 тонн отливок из углеродистой стали, рассчитана его производственная программа.

В соответствии с производственной программой выбрано  и рассчитано оборудование модельного, изготовления оболочек форм, прокалочно-заливочного и термообрубного отделений, с помощью которого можно достичь заданной производительности цеха.

Дано  описание технологических процессов выплавки стали, изготовления форм, а также термической обработки отливок.

Проведены расчеты гидролиза этилсиликата, шихтовых материалов, площадей складов для хранения нормативного запаса шихтовых и формовочных материалов.

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..…4

1. Структура  цеха литья по выплавляемым  моделям…………………………...5

2. Производственная  программа……………………………………………….…6

3. Выбор  режима работы цеха и фондов  времени…………………………….…6

4. Расчет  производственных отделений цеха…………………………………….7

4.1. Модельное  отделение…………………………………………………………7

4.2.Отделение изготовления  оболочек форм…………………………………….13

4.3 Прокалочно-заливочное отделение…………………………………………..20

4.4. Термообрубное  отделение……………………………………………………25

5. Расчет  складов цеха……………………...……………………………………..27

6. Вспомогательные  отделения и участки цеха………………………………….29

7. Внутрицеховой  транспорт……………………………………………………...30

Заключение…………………………………………………………………………..31

Литература…………………………………………………………………….…..…32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Специальные виды литья находят все большее  промышленное применение, так как  наряду с высокой производительностью  обеспечивают повышение размерной и весовой точности отливок, что приводит к значительной экономии металла и к снижению трудоемкости механической обработки.

Положительной особенностью данных способов литья  является также возможность высокой степени автоматизации и комплексной механизации производства, улучшение санитарно-гигиенических условий труда./1/

Промышленное  применение литья по выплавляемым моделям  обеспечивает получение из любых литейных сплавов сложных по форме отливок массой от нескольких граммов до десятка килограммов со стенками, толщина которых в ряде случаев менее 1 мм, с шероховатостью от Rz = 20 мкм до Ra = 1,25 мкм (ГОСТ 2789 – 73) и повышенной точностью размеров (до 9 – 10-го квалитетов). Возможности этого метода позволяют максимально приблизить отливки к готовой детали, а в ряде случаев получить литую деталь, дополнительная обработка которой перед сборкой не требуется. Вследствие этого резко снижаются трудоемкость и стоимость изготовления изделий, уменьшается расход металла и инструмента, экономится энергетические ресурсы, сокращается потребность в рабочих высокой квалификации, в оборудовании, приспособлениях, производственных площадях./2/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Структура  цеха литья по выплавляемым моделям

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

Проектируемый цех литья по выплавляемым моделям  относится к цехам:

– по виду литейного сплава: стального  литья;

– по массе отливок: среднего литья;

– по объему производства: со средним выпуском;

– по серийности производства: массового производства;

– по степени механизации: автоматизированный.

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

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

– модельное;

– изготовления оболочек форм;

– прокалочно-заливочное;

– термообрубное, где очищают отливки от остатков оболочек, отделяют отливки от литноково-питающей системы, зачищают питатели, проводят термообработку и исправляют дефекты отливок.

К вспомогательным  относят следующие отделения:

– подготовки формовочных материалов и шихты;

– ремонта  пресс-форм и другой технологической  оснастки;

– мастерские механика и энергетика;

– цеховая лаборатория;

– КПД.

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

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

2. Производственная программа

При проектировании применяют три вида производственной программы и соответствующие им методы разработки проектов литейных цехов: точная, приведенная и условная программы.

Для проектируемого цеха литья по выплавляемым моделям подходит точная программа (таблица 1.), потому что она предусматривает  разработку технологических данных для каждой отливки и применяется при проектировании цехов крупносерийного и массового производства с устойчивой и ограниченной номенклатурой литья (до 40 наименований).

Таблица 1. – Точная программа цеха литья  по выплавляемым моделям на годовой выпуск 1000 тонн отливок из углеродистой стали.

Номер

отливки

Наименование отливки

Марка сплава

Масса

отливки,

г.

Годовая

программа,

шт.

Масса отливок на годовую программу, т.

1

Крышка

30Л

200

3000000

600

2

Крышка

30Л

500

200000

100

3

Венец

45Л

40

3000000

120

4

Корпус

45Л

100

800000

80

5

Основание

45Л

400

250000

100




Все последующие расчеты ведут по данным этой таблицы.

3. Выбор режима работы цеха и фондов времени

В настоящее  время в литейных цехах применяются  два режима работы: последовательный (ступенчатый) и параллельный.

При последовательном режиме работы основные технологические операции выполняются последовательно в различные периоды суток на одной и той же площади.

Для цеха литья по выплавляемым моделям  целесообразно принять параллельный режим работы, так как проектируемый цех – массового производства.

При параллельном режиме работы цеха все  технологические операции выполняются одновременно на различных производственных участках. Бывают односменные, двухсменные трехсменные параллельные режимы работы.

Для цеха по выплавляемым моделям наиболее эффективным является двухсменный режим с третьей подготовительной сменой, т.е. третья смена отводится для профилактики и ремонта оборудования./3/

В соответствии с установленным режимом работы в литейных цехах устанавливается фонд времени работы оборудования. Действительный фонд времени равен номинальному (годовое время, в течении которого цех работает без потерь) за вычетом плановых потерь. Плановые потери для оборудования – это время на проведение капитальных, средних и планово-предупредительных ремонтов.

Действительный годовой фонд времени работы оборудования при рабочей неделе 40 часов, двухсменном режиме работы, в году восемь праздничных дней:

– для  агрегатов приготовления модельного состава и суспензии, изготовления моделей и форм, выплавления моделей, формовки и выбивки отливок, обрубки и очистки 3975 ч.;

– для  автоматического оборудования 3645 ч.;

– для  дуговых печей 0,5 – 1,5 т.3890 ч.;

– для  печей прокаливания форм и термообработки отливок 3975 ч./2/

4. Расчет производственных отделений цеха

4.1. Модельное отделение

В модельном  отделении выполняются следующие  технологические операции: приготовление  модельного состава и подготовка его для запрессовки, запрессовка  состава в пресс-формы, охлаждение моделей и извлечение их из пресс-форм, изготовление элементов литниковых систем и сборка моделей в блоки.

При изготовлении отливок по выплавляемым моделям трудоемкость получения моделей зависит от выбора состава и способа его приготовления. Поэтому принятый модельный состав должен иметь низкую температуру плавления, хорошую жидкотекучесть, достаточную твердость и прочность, быть безвредным, недефицитным./4/

Для изготовления отливок в проектируемом  цехе применим модельный состав первой группы ПЦПэв 67 – 25,5 – 7,5 (на основе парафина, церезина и полиэтиленового воска ПВ – 300):

– температура  плавления 76,9ºС;

– теплоустойчивость 43ºС;

– температура  состава в пастообразном состоянии 55 – 56ºС;

– свободная  линейная усадка 0,7–1,0 %;

– предел прочности  при статическом изгибе при 18–20ºС –6,3 МПа;

– кинематическая вязкость при 100ºС– 8,13 мм;

– зольность 0,02 % по массе;

– коксуемость 0,04%.

Модельные составы  первой группы применяются как при  массовом выпуске мелких стальных отливок, так при серийном производстве сложных  по конфигурации тонкостенных отливок из специальных сплавов.

При подготовке выплавляемых модельных составах используют до 90% возврата, собранного при удалении моделей из оболочек форм.

Для приготовления  пастообразного модельного состава ПЦПэв 67 – 25,5 – 7,5 используем малогабаритное устройство с шестеренными смесителями мод. 651. В установке объединены плавильный агрегат, емкостной бак, пастоприготовительный агрегат, две насосные станции, обеспечивающие подачу нагревательной воды с температурой, соответствующей расплавленному и пастообразному состояниям модельного состава, а также шкафы управления. Установка универсальна, так как может работать в автоматической линии в комплекте с двумя карусельными автоматами мод. 653.

Установка мод. 651 имеет электрическое и пневматическое управление исполнительными механизмами и может работать как в автоматическом, так и в наладочном режиме. Температура пастообразного состава регулируется в пределах 40—60 °С. Содержание воздуха в составе также регулируется и может составлять до 20 % по объему. Наибольшая производительность установки при непрерывном режиме работы 0,063 м3/ч. Давление модельного состава при подаче в запрессовочные устройства (в пастопроводе) регулируется и может составлять до 1 МПа. Температура пара 100—110°С, давление 0,11— 0,14 МПа, расход 25 кг/ч, расход сжатого воздуха при давлении 0,5 МПа не более 0,5 м3/ч, давление его 0,4—0,6 МПа, расход воды не более 1 м3/ч, общая установленная мощность 34,1 кВт, габаритные размеры установки (при расположении агрегатов в линию) 7600 2700 1850 мм.

Для расчета количества модельной массы  на годовую программу воспользуемся ведомостью расхода металла на залитые формы.

Таблица 2. – Ведомость расхода металла  на залитые формы.

 

Номер отливки

1

1

2

3

4

5

Итого

Наименование  отливки

2

Крыш-

ка

Крыш-

ка

Венец

Корпус

Основание

Масса отливки, кг.

3

0,2

0,5

0,04

0,1

0,4

Марка сплава

4

30Л

30Л

45Л

45Л

45Л

Годовая

  программа

шт. 103

5

3000

200

3000

800

250

т.

6

600

100

120

80

100

1000

Брак  по

%

7

3

–

вине

литейного цеха

шт. 103

8

90

6

90

24

7,5

217,5

т.

9

18

3

3,6

2,4

3

30

Отливается в год

шт. 103

10

3090

206

3090

824

257,5

7467,5

т.

11

618

103

123,6

82,4

103

1030

Масса на одну

отливку, кг.

Литников  и прибылей

12

0,1

0,25

0,02

0,05

0,2

–

Отливки с литниками и прибылями

13

0,3

0,75

0,06

0,15

0,6

–

Расход  металла

  в год, т.

На  литники и прибыли

14

309

51,5

61,8

41,2

51,5

515

Всего

15

927

154,5

185,4

123,6

154,5

1545


Количество  модельной массы Q на годовую программу:

, (1)

где М1 – годовая потребность в жидком металле, кг;

r – плотность модельной массы, кг/м3;

r1 – плотность металла, кг/м3;

К – коэффициент  использования возврата модельной  массы, равный 0,8.

Q=

=222,836·103 кг

Количество  установок для приготовления  модельной массы:

, (2)

где ВГ – годовое количество потребляемого жидкого металла, число съемов со стержневых машин, количество смесей и т.п. (с учетом брака, просыпи смесей и т.п.);

КН – коэффициент неравномерности потребления и производства;

КН = 1,0–1,2

Ф/Д – годовой действительный фонд времени рассчитываемого оборудования;

N/расч – производительность оборудования (расчетная), принятая, исходя из прогрессивного опыта его эксплуатации./1/

Р´1=

=0,98

Количество установок для приготовления модельной массы, принимаемое к установке в цехе Р2=1 единица.

Определим КЗО – коэффициент загрузки оборудования:

, (3)

КЗО=

=0,98.

Необходимое количество модельных блоков и оборудования для их изготовления рассчитывают с учетом брака моделей и форм на следующих технологических переделах: при запрессовке, обмазке и вытопке моделей, прокалке и заливке форм (таблица 4)

В массовом и крупносерийном производствах  стояк блока моделей собирается на металлический стержень для подвески на конвейер. Поэтому следует дополнительно учесть производство литниковых чаш и колпачков (таблица 5).

 

 

 

Таблица 4. Ведомость годовой потребности  в модельных звеньях и блоках

 

Наименование отливки

Номер

отливки

Годовая

программа

с учетом брака,103 шт.

Количество моделей

в звене, шт.

Количество звеньев в блоке, шт.

Количество моделей на блоке, шт.

Требуемое количество блоков,103 шт.

1

2

3

4

5

6

7

Крышка

1

3092,78

4

3

12

257,732

Крышка

2

206,18

4

3

12

17,182

Венец

3

3092,8

4

3

12

257,734

Корпус

4

824,74

4

3

12

68,728

Основа

ние

5

257,73

4

3

12

21,478

Итого

–

7474,23

–

–

–

622,853


 

Продолжение табл.4

 

Потери  блоков при обмазке

Потери  блоков при вытопке

Потери  блоков при прокалке и заливке  форм

Количество  блоков на годовую программу,103 шт.

%

103 шт.

%

103 шт.

%

103 шт.

8

9

10

11

12

13

14

7

18,041

8

20,618

5

12,886

309,277

1,203

1,374

0,859

20,618

18,041

20,618

12,886

309,275

4,811

5,498

3,436

82,473

1,503

1,718

1,074

25,773

Итого

43,599

–

49,826

–

31,141

747,416


 

Продолжение табл.4

 

Требуемое

количество 

звеньев,103 шт.

Потери  звеньев при 

запрессовке и сборке

Количество  модельных звеньев

на  годовую программу,103 шт.

%

103шт.

15

16

17

18

773,195

14

108,247

881,442

51,545

7,216

58,761

773,195

108,247

881,442

206,185

28,866

235,051

64,432

9,02

73,452

1868,552

–

261,596

2130,148




 

Таблица 5.Ведомость годовой потребности  в литниковых чашах и колпачках

 

Количество  блоков

на  годовую программу, 103шт.

Потребность, 103 шт.

Количество  моделей в звене, шт.

Потребность

в звеньях, 103 шт.

в чашах

в колпачках

чаш

колпачков

чаш

колпачков

1

2

3

4

5

6

7

309,277

309,277

309,277

4

4

77,319

77,319

20,618

20,618

20,618

4

4

5,154

5,154

309,275

309,275

309,275

4

4

77,319

77,319

82,473

82,473

82,473

4

4

20,618

20,618

25,773

25,773

25,773

4

4

6,443

6,443

Итого

747,416

747,416

–

–

186,853

186,853


Продолжение табл. 5

Брак  при запрессовке

Количество  модельных звеньев 

на  годовую программу, 103 шт.

чаш

колпачков

%

103 шт.

%

103 шт.

чаш

колпачков

8

9

10

11

12

13

14

10,825

14

10,825

88,144

88,144

0,722

0,722

5,876

5,876

10,825

10,825

88,144

88,144

2,886

2,886

23,504

23,504

0,902

0,902

7,345

7,345

–

26,16

–

26,16

213,013

213,013


 

Сумма данных графы 18 табл. 4 и граф 12, 13 табл. 5, определяющая требуемое число запрессовок в год, служит для расчета необходимого количества запрессовочных модельных автоматов.

Для изготовления модельных звеньев принимаем карусельный автомат мод. 653. Технические характеристики его следующие: производительность 190—360 звеньев в час, размеры поверхностей для крепления пресс-форм 250 х 250 мм, наименьшее расстояние между плитами для крепления пресс-форм 250 мм, темп работы стола 10 – 14 – 29 с, число устанавливаемых пресс-форм 10, ход подвижной плиты не менее 160 мм, расход воздуха не более 50 м3/ч, расход воды 3 – 4 м3/ч, давление сжатого воздуха не менее 0,5 МПа, усилие смыкания 10 кН, габаритные размеры 3700 х2900 х1400 мм.

Необходимое количество запрессовочных модельных  автоматов рассчитывают по формуле (2):

Р´1=

=2,829

Количество запрессовочных модельных автоматов, принимаемое к установке в цехе Р2=3 единицы.

Определим КЗО – коэффициент загрузки оборудования по формуле (3):

КЗО=

=0,94.

Готовые модели после извлечения их из пресс-форм и предварительного визуального контроля охлаждают в проточной воде или обдувкой воздухом.

Сборка моделей  осуществляется механическим креплением. Это высокопроизводительный метод сборки моделей в блоки на металлический стояк-каркас с механическим зажимом. Стояк-каркас предназначен для сборки моделей звеньями, изготовленными в многоместных пресс-формах с частью модели стояка (втулкой) с замком на торцовой части, исключающим относительное перемещение звеньев, собранных в блок. К преимуществам звеньевой сборки на стояк-каркас по сравнению с припаиванием относятся в 10—20 раз большая производительность и обеспечение полной повторяемости конструкции блока, разработанной технологом. Исключается возможность смещения моделей, наблюдаемого при некачественной сборке припаиванием, искажения размера питателя в результате излишнего его оплавления, непрочного присоединения моделей, образования вследствие неполного припаивания зазора между питателем и соединяемым с ним элементом литниковой системы./2/

4.2.Отделение изготовления оболочек форм

В отделении  изготовления оболочек форм выполняются  следующие операции: подготовка материалов покрытия, приготовление покрытия, нанесения его на модельные блоки, сушка покрытия, извлечение стояков и выплавление модельного состава.

Высокая чистота  поверхности отливки получается вследствие нанесения на выплавляемую модель слоя покрытия из твердой составляющей – пылевидного кварца и жидкого связующего – гидролизованного раствора этилсиликата и жидкого стекла.

Подготовка твердого материала состоит в измельчении, промывке, прокаливании и просеве. Измельчение производится в шаровых мельницах, футерованных внутри плитами из кварца. Прокаливание осуществляют в печах барабанного типа, выдерживают при 250…300ºС в течении 2…3 часов, затем охлаждают до комнатной температуры. Просев осуществляется с помощью сит.

Подготовка связующих  растворов заключается в приготовлении  гидролизованного раствора этилсиликата в гидролизаторах и жидкого стекла.

Этилсиликат (ЭТС) – прозрачная или слабоокрашенная жидкость с запахом эфира. Это продукт реакции этилового спирта с четыреххлористым кремнием при непрерывном их смешивании и охлаждении в реакторе. Реакция этерификации, или эфиризации, может быть схематически представлена следующим уравнением (если применяют обезвоженный спирт):

SiCl4 + 4С2Н5ОН = (C2H5O)4Si + 4HC1,

где (C2H5O)4Si – этиловый эфир ортокремниевой кислоты с температурой кипения 165,5 °С, называемый также тетраэтоксисиланом, или моноэфиром.

Приготовление связующего раствора получают гидролизом ЭТС, для чего вводят воду. Гидролиз – это процесс замещения содержащихся в ЭТС этоксильных групп (С2Н5О) гидроксильными (ОН), содержащимися в воде. Гидролиз сопровождается поликонденсацией.

Расчет  гидролиза.

ЭТС-40,p =1050 кг/м3, в количестве 1л.; спирт этиловый,p= 803,3 кг/м3; кислота соляная, p=1190 кг/м3.

Гидролиз проводим на 16% SiO2 в гидролизате, отверждение в воздушно-аммиачной среде.

Рассчитываем  количество растворителя Р, которое требуется для получения 16 % SiO2 в связующем по формуле:

м3 (4)

где m – содержание SiО2 в этилсиликате, %; Q – объем гидролизуемого этилсиликата, м3; r – плотность этилсиликата, кг/м3; r1 – плотность разбавителя, кг/м3.

=1960,7 мл.

Рассчитываем  общее количество воды, требуемое для гидролиза:

 кг (5)

где А – содержание этоксильных групп, %; М1 – молекулярная масса воды, кг; М2 – молекулярная масса этоксильных групп, кг.

При условий отверждения связующего в среде аммиака принимаем  соотношение количества молей воды и этоксильных групп К = 0,3. Так как содержание этоксильных групп в исходном этилсиликате не оговорено условием задания, принимаем его средним для данной марки ЭТС-40, т.е. А = 70 %. Молекулярная масса воды М1 = 18 г (0,018 кг), молекулярная масса этоксильных групп:

М2 = 12×2+1×5+16 = 45 г, т.е. М2 = 0,045 кг.

Тогда   Н = 0,3 × = 0,0882кг=88,2 мл.

Определяем  количество воды, вносимое растворителем  – этиловым спиртом:

кг (6)

где А1 – содержание воды в спирте, % масс. А1 = 3,2 % масс.

Количество  воды, вносимое растворителем:

Н1 =

= 0,0504 кг.

Количество  соляной кислоты для ускорения  процесса гидролиза принимаем:

В = 0,01×Q = 0,01×1×10-3 = 0,01×10-3 м3=10 мл. (7)

Количество воды, вносимое с катализатором – соляной кислотой:

кг (8)

Здесь В = (0,01…0,014)×Q – количество соляной кислоты, взятое для гидролиза, м3; r2 – плотность соляной кислоты, кг/м3; А2 – содержание воды в соляной кислоте, % масс.

Н2 =

=0,00747кг

При r2 = 1190 кг/м3, А2 = 62,78 % масс.

Количество  воды, которое необходимо ввести непосредственно  в этилсиликат при его гидролизе, составит:

 кг. (9)

Н3 = 0,0882 – (0,0504 + 0,00747) = 0,03033кг=30,33 мл.

Количество  компонентов гидролиза на один литр ЭТС-40:

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.

Расход суспензии на 1000 т годных отливок при трех слоях этилсиликатового связующего – 309 т. Гидролизованный раствор ЭТС-40 в суспензии составляет 40%, т.е. 123,6 т.

Приготовка  связующего раствора этилсиликата осуществляют в гидролизаторе конструкции  НИИавтопром с производительностью 40 л/ч, емкостью бака 50л, скоростью вращения мешалки 2800 об/мин, габариты установки 750 600 1470мм.

Рассчитаем  необходимое количество гидрализаторов по формуле (2):

Р´1=

=0,86

Количество гидролизаторов, принимаемое к установке в цехе Р2=1 единица.

Определим КЗО – коэффициент загрузки оборудования по формуле (3):

КЗО=

=0,86.

Жидкое  стекло (ЖС) относят к основным связующим, так как его водная вытяжка после прокаливания оболочки — щелочная; получают растворением в горячей воде при повышенном давлении раздробленной силикат-глыбы. Последнюю изготовляют наиболее часто сплавлением кремнезема с содой:

SiO2 + nNa2CO3 = SiO2·nNa2O+nСО2.

ЖС может быть натриевым, калиевым или литиевым.

Жидкое стекло характеризуется химическим составом, модулем, удельным весом. Под модулем понимается отношение числа грамм-молекул кремнезема к числу грамм-молекул окиси натрия в продукте. Модуль должен быть 2,56 – 3.

М= 1,032,                                                                (10)

Литье по выплавляемым моделям 📙 Курсовая → 🆔 116997

Литье по выплавляемым моделям 📙 Курсовая → 🆔 116997