Произвести выбор, рассчитать оборудование склада шихтовых и формовочных материалов литейного цеха и выполнить его технологиче-скую плани

 

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий  кафедрой

«Металлургия  литейных сплавов»

______________/

“____”_________________2008 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 КУРСОВОГО ПРОЕКТА

по дисциплине «Проектирование цехов»

 

Тема проекта: Произвести выбор, рассчитать оборудование склада шихтовых и формовочных материалов литейного цеха и выполнить его технологическую планировку

 

 

 

 

ИСПОЛНИТЕЛЬ:                                                              _______

 

 

РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОЕКТА:                                          ________

 к.т.н., доцент                                                                   

 

 

НОРМОКОНТРОЛЬ:                                           ______

преподаватель                                                           

 

 

 

Минск 2012

 

СОДЕРЖАНИЕ

                                                             Стр.

	СОДЕРЖАНИЕ………………………………………………………… ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………..	3
1	ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕРИЙНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА………………...	6
2	УСТАНОВЛЕНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ………………………………	7
3	ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ	8
4	РАСЧЁТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ……………...	9
5	РАСЧЁТ ПОДЬЁМНО-ТРАНСПОРТНОГО  ОБОРУДОВАНИЯ……	24
6	ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ  И РАБОТЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО ОТДЕЛЕНИЯ……………………………………………………………	25
7	РАЗРАБОТКА ЦЕХОВЫХ ГРУЗОПОТОКОВ………………………..	26
	СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………..	27

 

 
ВВЕДЕНИЕ

            Литейное производство − основная заготовительная база, определяющая возможности дальнейшего развития отраслей машиностроения. Почти все машины и приборы имеют литые детали − станки и прокатные станы, автомобили и самолеты, тракторы и локомотивы, гидротурбины и видеотехника и т. д. Перспективность литейной технологии изготовления заготовок и деталей различного назначения обусловлена надежностью и универсальностью, позволяющими получать изделия из различных сплавов массой от граммов до сотен тонн с размерами от десятков миллиметров до десятков метров.

    Из всего  объема отливок более 80% изготавливаются  в разовых формах. Производство отливок с использованием формовочных автоматических линий в сырых формах в большинстве случаев является наиболее экономичным и высокопроизводительным технологическим процессом. Но литейное производство не является идеальным, и есть некоторые моменты, которые требуют усовершенствования. Интенсификация литейного производства связана с увеличением газо-, пыле- и тепловыделений, необходимостью повышения кратности воздухообмена в помещениях литейных цехов. Этим обуславливается общая тенденция максимально возможной замены человека в литейных цехах машинами, применением манипуляторов автоматического действия и использованием автоматических систем управления технологическими процессами. Для совершенствования литейного производства необходимо развитие литейного машиностроения, специализированное изготовление комплексного автоматизированного оборудования, испытание и отладка его пол нагрузкой в производственных условиях. Сложность данного оборудования и его доводки предопределяет увеличение капитальных затрат на современное оборудование. Решающее значение имеет координация проведения конструкторских разработок, научных исследований и организация внедрения их результатов, особенно при проектировании, реконструкции или строительстве литейных цехов.

   Проектирование является  первым и основным этапом капитального строительства, обеспечивающим создание новых, а также расширение, реконструкцию и техническое перевооружение действующих предприятий (1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕРИЙНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА

        По серийности различают следующие типы производства: массовый, крупносерийный, серийный, мелкосерийный и единичный. Серийностью производства отливок определяется уровень механизации и автоматизации литейного цеха ([1], с.15).

 

Таблица 1 - Серийность производства отливок из черных сплавов в зависимости от количества по годовой программе и от их массы

Группы по массе, кг	Годовое число отливок  одного наименования, шт.,  при различном виде производств
	единич- ном, менее	мелкосерийном	серийном	крупно-серийном	массовом, более
<8	500	501-6000	6001-30000	30001-200000	200001
8 - 20	300	301-3000	3001-15000	15001-100000	100001
20 - 50	200	201-2500	2501-10000	10001-60000	60001
50 - 100	150	151-2000	2001-8700	8701-53000	53001
100 - 250	95	96-1400	1401-7000	7001-37500	37501
250 - 500	75	76-1000	1001-4500	4501-25000	25001

Отливка номер один массой 11,8 кг с программой выпуска 6840 тыс.шт. входит в группу по массе 8 – 20 кг и относится к массовому производству; Отливка номер два массой 1,7 кг и программой выпуска 990 тыс.шт. входит в группу по массе до 8 кг и относится к массовому производству; отливка номер три массой 20,1 кг и программой 630 тыс.шт. входит в группу по массе 20 – 50 кг и относится к массовому производству; отливка номер четыре массой 2,2кг и программой 5440 тыс.шт. входит в группу до 8 кг и относится к массовому производству; отливка номер пять массой 8,0 кг и программой 1215 тыс.шт. входит в группу 8 – 20 кг и относится к массовому производству.  

2 УСТАНОВЛЕНИЕ РЕЖИМА  РАБОТЫ

   В литейных  цехах применяют три вида режимов работы: параллельный всех отделений цеха, с выделением операций с вредными выделениями в отдельные помещения или локализацией их, при помощи различного вида герметизированных укрытий, с местными отсосами; ступенчатый, с разделением операций по времени, в неизолированных общих помещениях; комбинированный, назначаемый с учётом массы отливок и характера их производства в различных отделениях цеха.

При поточном производстве в литейных цехах, как правило, предусматривают параллельный двухсменный режим работы; для больших печей и участков, где не допускается перерыв в технологическом процессе, а также в отдельных случаях для уникального оборудования трёхсменный режим работы.

На параллельном режиме работают литейные цехи массового, крупносерийного и частично серийного производства.

Для производства данного объёма отливок  принимаем режим работы в две смены, при котором календарный фонд времени Ф_к = 365×24=8760 ч и действительный фонд времени Ф_д = 3975 ч ([1], с.23-24).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ

Все формовочные и  шихтовые материалы поступают на склады, где должны быть минимальные, но достаточные для обеспечения  нормальной работы цеха их запасы.

Величину запаса на складах  определяют в календарных сутках в зависимости от климатического пояса, в котором размещён литейных цех, и от вида транспорта, доставляющего материалы.

Склады формовочных  материалов размещают, как правило, в закрытых отапливаемых помещениях (с температурой не ниже +10° С). Хранение шихтовых материалов и огнеупорного кирпича допускается в неотапливаемых помещениях. В малоснежных южных районах возможно хранение чушковых чугунов, стального и чугунного лома на открытых бетонированных площадках.

Для подачи сухого песка в литейные цехи рекомендуется использовать пневмотранспорт или систему ленточных конвейеров; для порошкообразных материалов — пневмотранспорт, а шихтовых материалов, кокса и флюсов в специальных контейнерах — автотранспорт.

Такое решение позволяет исключить  железнодорожные вводы в шихтовые отделения, сократить их площадь и разрывы между цехами, обеспечивает чистоту и порядок в них.

Для машиностроительных заводов с одним литейным цехом  склады шихтовых и формовочных материалов проектируют при цехе ([1], с.185-186).

Для подготовки песка и бентонита на складах используют дробилки (щековые, конусные и др.), сушила и сита (полигональные, механические). Для проектируемого склада выбираем барабанные сушила СОБГ-5 (длина 15м, диаметр барабана 2м) и полигональное сито модели 175М. Подача формовочных материалов в смесеприготовительное отделение осуществляется пневмотранспортом (бентонит) и ленточным конвейером (песок). На склад все материалы доставляются железнодорожным транспортом.

4 РАСЧЁТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  ОБОРУДОВАНИЯ

Рассчитаем количество жидкого металла. Исходные данные и результаты расчета представлены в виде таблицы 2.

 

Таблица 2 - Таблица для расчета требуемого количества жидкого металла

Номер отл.	сплав	масса отливки, кг	выпуск годных отливок		ЛПС (% к годному литью)	масса ЛПС, годн. отливок т/год	брак отливок (% к годн. литью)	масса браков. отливок т/год	масса ЛПС брак. отл. т/год
			шт/год	т/год
1	110Г13Л	11,8	990000	11682	70,9	13668,1	7,2	462,67	328,03
2		1,7	6840000	11628	78,42	15548,18	9,1	257,75	202,13
3		20,1	630000	12663	30,99	616,08	4,1	75,54	23,41
4		2,2	5440000	11968	48,79	9608,9	3,8	177,25	86,48
5		8,0	1215000	9720	81,37	15299,19	3,5	864,89	703,76
Итого				57661		54740,45		1838,1	1343,81

 

Выпуск годных отливок:

 

                                                            (4.1)

где  n_{год.отл.} — масса годных отливок, т/год;

      N_{год.отл.} — количество годных отливок, шт./год;

      m_отл — масса отливки, т;

;

;

;

;

.

 

Найдем сумму металла, приходящегося на все годные отливки (таблица 2):

Величина ЛПС (% к годному литью):

 

                                   %                                               (4.2)

где Л_гл. — величина ЛПС, %;

      m_ЛПС — масса ЛПС отливки, кг. 

;

;

;

;

.

Масса ЛПС годных отливок:

 

                                                                  (4.3)

где М_ЛПС — масса ЛПС годных отливок, т/год. 

 

;

;

;

;

.

 

Найдём массу ЛПС всех годных отливок:

=13668,1+15548,18+616,08+9608,9+15299,19=54740,45 т/год.

Масса бракованных отливок:

 

                                                               (4.4)

где М_бр.отл.— масса бракованных отливок, т/год;

     Б_отл — планируемый брак отливок, %;

 

;

;

;

;

.

Найдём массу всех бракованных отливок:

 

=462,67+257,75+75,54+177,25+864,89=1838,1 т/год.

Масса ЛПС бракованных  отливок:

 

                                                            (4.5)

где М_ЛПС.Бр.— масса бракованных отливок, т/год;

 

;

;

;

;

.

Найдём массу ЛПС всех бракованных отливок:

328,03+202,13+23,41+86,48+703,76=1343,81 т/год.

 

Определим сливы и скрап:

                                                                           (4.6)

где S—сливы и скрап, т/год;

 

.

Итого жидкого металла:

 

      

   (4.7)

где М_Вс.Ме—масса всего жидкого металла, т/год;

 

Угар:

                               

                                       (4.8)

где У—угар, т/год;

       5—угар, % ([1, с.38]).

 

.

Итого металлозавалка:

 

                                    

                          (4.9)

где М_ЗАВ.—металлозавалка, т/год;

 

                

.

 

Полученные данные сводим в таблицу баланса металла.

 

  Таблица 3 - Таблица баланса металла

Вид материала (статья баланса)	Количество
	т/год	%
Годные отливки	79589,2	54,67
Возврат: -ЛПС годн. и брак. отливок	56084,26	38,52
-Бракованные отливки без ЛПС	1838,1	1,26
-Сливы, скрап	795,89	0,55
Итого жидкого металла	138307,45	95
Угар	7279,34	5
Итого металлозавалка	145586,79	100

 

По заданной марке сплава определяем его состав ([4], с.10), подбираем компоненты шихты ([3], с.28-29), рассчитываем их содержание с учетом угара в металлозавалке. Расчет шихты ведётся на ЭВМ. Полученные данные заносим в таблицу 4.

 

         Таблица 4 - Химический состав легированного чугуна ЧН4Х2

Массовая  доля компонентов, %
C	Si	Mn	P	S	Сr	Ni
2,8 –  3,6	0 – 1	0,8 – 1,3	≤0,3	≤0,15	0,8 – 2,5	3,5 – 5

 

Состав  шихты для выплавки отливок из чугуна марки ЧН4Х2 и процентное соотношение компонентов в металлозавалке представлены в таблице 5. В графе компонент шихты в скобках указан ГОСТ по которому брался состав компонентов. Подбираем для шихтовки литейный чугун (Pig – LC), никель (Н-3), феррохром (ФХ100А) и возврат.

Расчет  компонентов производим на 1000 кг шихты.

Графа «возврат» берётся из таблицы 3.

 

 

 Таблица 5 - Состав шихты для выплавки деталей из чугуна ЧН4Х2

Компоненты шихты	Химический  состав							Количество в шихте
	C	Si	Mn	Cr	Ni	Р	S	%	На 1000 кг шихты
Литейный чугун Pig - LC (ГОСТ 4832-95)	3,3	0,4	1,1	-	-	0,01	0,01	57,72	577,2
Никель Н-3 (ГОСТ 849-97)	-	-	-	-	98	-	-	1,84	18,4
Феррохром ФХ100А (ГОСТ 4757-91)	1	0,1	-	70	-	0,01	0,01	0,11	1,1
Возврат	3,1	0,3	1	1,8	4,2	0,01	0,01	40,33	403,3
Итого металлошихта	3,156	0,352	1,038	0,8	3,5	0,01	0,01	100	1000

 

Необходимо определить количество формовочной смеси. Расчет требуемого количества форм определенного типоразмера ведется отдельно для каждой отливки.

Делим отливки на технологические  группы и подбираем для каждой группы свой размер опок. Отливки под номерами 1 и 3 относим к группе отливок по массе <50 кг и выбираем для нее опоку с габаритами 800´700´500 со средней массой годных отливок в форме 35 кг ([1], с.75). Отливки под номерами 2 и 5 относим к группе отливок по массе 50 – 250 кг и выбираем для неё опоку с размерами 1400´1000´800 со средней массой годных отливок в форме 170 кг ([1], с.75). Отливку под номером 4 относим к группе отливок по массе 100 – 500 кг и выбираем для нее опоку с размерами 1600´1200´900 со средней массой годных отливок в форме 320 кг ([1], с.75).

   Определим объёмы форм:

 

                                     

                               (4.10)           

где V_Ф—объём формы, м³;

 А,В,Н—соответственно длина, ширина, высота опок, м;

 

;

;

;

Количество отливок  в одной форме определяем по формуле:

                                        ,шт                                         (4.11)

где     q – средняя масса годных отливок в форме, кг;

         m_o – масса одной отливки, кг;

 

  n_o1 =

= 1,85 шт     принимаем 2 шт.;

   n_o2 =

= 0,83 шт   принимаем 1 шт.;

   n_o3 =

=4,93 шт    принимаем 5 шт.;

 n_o4 =

= 0,78 шт    принимаем 1 шт.;

  n_o5 =

= 3,07 шт     принимаем 3 шт.

Металлоёмкость формы  включает металл всех отливок в форме  вместе с литниково – питающей системой и рассчитывается по формуле:

                       V_мет. =

, м³                          (4.12)

где     – масса ЛПС для одной отливки, кг;

          r_ме. – плотность сплава,  кг/м³ (r_ме=7300 кг/м³);

 

V_мет.1=

= 0,00885 м³;

V_мет.2=

= 0,04996 м³;

V_мет.3=

=0,00637 м³;

V_мет.4= =0,08363 м³;

V_мет.5=

=0,04122 м³.

Объём, занимаемый стержнями в форме:

 

                          V_cт.=

, м³                                (4.13)

где   m_ст. – масса j-ого стержня, кг;

        n_ст. – количество стержней j-ого наименования;

         r_ст. – плотность стержня, кг/м³ (r_ст.=1600 кг/м³);

         r – количество номеров стержней.

 

V_ст.1=

=0,00675 м³;

V_ст.2=

=0,02538 м³;

V_ст.3=0 м³;

V_ст.4=

=0,0935 м³.

V_ст.5=

=0,05325 м³;

 

Объём уплотнённой формовочной смеси определяем по формуле:

 

                                        V_ф.см.= V_ф. - V_мет. – V_ст. , м³                               (4.14)                  

 

V_ф.см.1=0,28 – 0,00885 – 0,00675 = 0,2644 м³;

V_ф.см.2=1,12 – 0,04996 – 0,02538 = 1,04466 м³;

V_ф.см.3=0,28 – 0,00637 – 0 = 0,27363 м³;

V_ф.см.4=1,728 – 0,08363 – 0,0935 = 1,55087 м³;

V_ф.см.5=1,12 – 0,04122 – 0,05325 = 1,02553 м³.

Годовая потребность в формах:

 

                       N_ф.=

, ф/год                      (4.15)

где    N  – количество отливок на годовую программу, шт;

          n_o – количество отливок в одной форме, шт;

          n   – внутренний брак отливок, %;

          n_ф – брак форм, %.

 N_ф.1= =526940  ф/год;

                     N_ф.2= =98949  ф/год;

                     N_ф.3= =58477  ф/год;

                     N_ф.4= =48674  ф/год;

                     N_ф.5= =119969  ф/год.

Годовая потребность  в уплотнённой формовочной смеси:

 

                                    

, м³                              (4.16)

  Годовая потребность в неуплотненной формовочной смеси:

 

                                                               (4.17)

где  V^Нф.см. — годовой объём неуплотненной формовочной смеси,  м³/год;

        ρ_Ф.СМ. — плотность формы, 1600…1800 кг/м³ ([2, c. 37]);

        ρ^Н_Ф.СМ. — плотность неуплотнённой формовочной смеси,   1200…1300кг/м³ ([2, c. 37]);

        К_пот – коэффициент потерь формовочной смеси при   транспортировке,

формовке, удаление вентиляцией  и т.п., К_пот=1,09.

.

Масса неуплотненной формовочной  смеси:

 

                                                                 (4.18)

где годовая потребность в неуплотненной всей формовочной смеси,   м³/год;

      плотность неуплотнённой формовочной смеси,  1200…1300кг/м³

([2, c. 37]).

                                .

В том числе в отвал уходит 13% (освежение песка и бентонита):

 

М_о=847211,82·0,13=110137,54 т/год.

Расчёт компонентов  формовочных материалов.

Таблица 6 - Расчет массы компонентов формовочной смеси

Наименование	Количество
	%	т/год
Кварцевый песок	10	84721,18
Бентонит	3	25416,35
Оборотная смесь	86	728602,17
Сульфитная барда	1	8472,1