Проектирование цехов. Методические указания к дипломному проекту для студентов специальности 136 02 01 "Машины и технология литейного производства" дневной и заочной форм обучения
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
Сводка количества форм Групповой поток, участок, отделение Группа отливок по массе, кг Размер опок в свету, мм Средняя металло- емкость формы, кг Годовой выпуск Часовое число форм отливок, т форм, шт среднее с уче- том брака Годовое число форм, их размеры, средняя и максимальная ме- таллоемкость являются основными параметрами для проектных расче- тов по цеху. Можно принять, что при использовании формовочных сме- сей с механическим уплотнением формы для отливок массой до 1000 кг должны изготавливаться на линиях, формовочных машинах, свыше – пескометом. В условиях поточного производства машины могут уста- 31 навливаться как снаружи, так и внутри конвейера, если размеры опок не превышают 800 х 700 х 300 мм, или снаружи – при больших размерах опок. В первом случае сборку форм производят на конвейерных тележ- ках, во втором – на рольгангах, с которых собранные формы передают на конвейер. Как правило, формовочные машины устанавливаются па- рами, для верхних и для нижних полуформ. Число формовочных машин, в том числе необходимых для осна- щения конвейеров, можно рассчитать по формуле q m n д p Т Ф , (1) где Ф – количество форм, необходимое на годовую программу (с учетом брака); Т д – эффективный (действительный) годовой фонд времени ра- боты машины, ч; m – время смены модельных плит и настройки машин, ч; q – производительность машины, полуформ/ч. Потери времени на смену плит определяются по формуле в р н m , (2) где н – число наименований деталей, формуемых в год на машинах; р – число партий в год по каждому наименованию; в – потери времени на смену одной модельной плиты, ч, принимается по данным табл. 8. Таблица 8 Группы формовочных машин и время на смену плит Группа машин Размеры опок в свету, мм Потери времени на смену одной плиты, ч I 500 x 400 0,066–0,10 II 800 х 700 0,13–0,20 III 1200 x 1000 0,25–0,33 IV Св. 1200 x 1000 0,41–0,50 Число партий в год определяется из расчета смены модельной оснастки не чаще чем один раз в 2 часа (4 раза в смену). Коэффициент загрузки оборудования К 3 определяется отношением расчетного числа оборудования n р к принятому n по формуле n n К р З (3) 32 Коэффициент загрузки формовочного оборудования принимается равным 0,75–0,85. Рабочие места машин I и II группы оборудуются местными подвесными путями с пневмоподъемниками, рольгангами и транспортерами. Машины III и IV группы обслуживаются мостовыми и консоль- ными кранами, приводными рольгангами и транспортерами. Необходимое число пескометов для набивки форм определяют по формуле k Q t V n , (4) где n – количество пескометов, шт; V – объем формы по размерам опо- ки, м 3 ; t – производительность участка, форм/ч; Q – производительность пескомета, м 3 /ч; k – коэффициент, учитывающий время установки опок и снятия форм. В формовочном отделении может приниматься последовательный и параллельный режим работы. При последовательном режиме формы под заливку накапливаются на плацу, конвейере или рольгангах- накопителях. При параллельном режиме связь технологических опера- ций осуществляется конвейерным транспортом тележечного, подвесно- го, пульсирующего, роликового и других типов. Длина конвейера, от которого зависит площадь формовочно-заливочно-выбивного отделе- ния, складывается из участков формовки, заливки, охлаждения и вы- бивки форм. Общая длина конвейера определяется суммированием от- дельных участков. Длина формовочного участка определяется количеством и типом установленных формовочных машин (М), органи- зацией рабочих мест у машин по формуле пс 0 ф M l l L , (5) где l 0 – расстояние между осями машин или пар, м; l пс – длина участка для простановки стержней, м. Машины располагаются около конвейера группой или попарно. Величина разрыва между группами машин, предназначенная для про- становки стержней, зависит от количества стержней в форме, сложности их сборки и находится по формуле yc пс t V L k , (6) где V k – скорость конвейера, м/мин; t yc – время установки стержней, мин. 33 При парном расположении машин сборка форм может произво- диться на рольганге или непосредственно на конвейере. Пустые опоки возвращаются на конвейере либо на специально устанавливаемом транспортире. Длина заливочного участка конвейера рассчитывается по формуле m V t L к р зал , (7) где t p – время разливки одного ковша, мин; m – число одновременно ра- ботающих ковшей, шт. Обычно длина заливочного участка составляет 6–12 м. Длина участка охлаждения находится по формуле k V T L охл охл , (8) где Т охл – время охлаждения отливки в форме до выбивки, мин; V k – скорость движения конвейера, м/мин. Продолжительность выдержки отливок в форме для расчета охла- дительных ветвей литейных конвейеров и естественного охлаждения в опочных и кессонных формах приведена в [3, табл. 13, 14]. Зная общую длину конвейера и габариты опок, рассчитывают количество тележек в тележечном конвейере. Скорость движения конвейера определяется по формуле n Z l Q V k 60 , (9) где Z – число форм на площадке конвейера, шт; Q – часовое количество форм, поступающих от формовочных машин, шт; l – шаг платформ кон- вейера, м; n – коэффициент заполнения тележек, обычно равен 0,8. Практически скорость литейного конвейера составляет от 1 до 7 м/мин. В условиях крупносерийного и массового производства целесооб- разно использовать автоматические формовочные линии с различными методами уплотнения форм, а также для безопочной формовки. В се- рийном и мелкосерийном производстве для изготовления форм приме- няются комплексно-механизированные линии, проектируемые на базе серийно изготавливаемых отдельных узлов и механизмов. При проекти- ровании формовочных отделений в зависимости от заданной годовой программы производительность и компоновка формовочных линий мо- жет быть изменена по сравнению с приведенными в каталогах данными. Для мелкосерийного и единичного производства прогрессивным способом формообразования является вакуум-пленочная формовка 34 (ВПФ). Комплексы оборудования для ВПФ с различными размерами опок включают в себя формовочную машину-автомат, литейный кон- вейер, участок выбивки, участок охлаждения и подготовки песка, ваку- умную систему. Производительность комплекса от 4 до 8 форм/ч, зависит от раз- меров опок. Широко используются автоматические линии опочной и безопоч- ной формовки, работающие на холоднотвердеющих смесях (ХТС) и жидких самотвердеющих ЖСС, пластичных ПСС и др. В состав таких линий входят смесители, вибростолы, конвейеры, кантователи, камеры окраски и сушки, вспомогательное оборудование. В формовочных линиях с высокой часовой производительностью для выбивки форм используются решетки выбивные транспортирую- щие. Необходимое количество линий для производства данного ряда отливок можно рассчитать по формуле k T m q Q N д р 1000 , (10) где Q – проектная мощность размерного ряда, т/год; q – производитель- ность формовочной линии, форм/ч; m – средняя масса отливок в форме, кг; Т д – действительный годовой фонд времени работы линии, ч; k – коэффициент загрузки линии (k = 0,85–0,90). Площади механизированных формовочных отделений определя- ются по фактическому расположению оборудования с учетом проходов и норм обслуживания, мест для оперативного складирования оснастки, а также площадей, находящихся в необслуживаемых кранами зонах (по 1–1,5 м вдоль каждого ряда колонн и по 3–4 м с торцов пролетов). При плацевой формовке производится расчет необходимой площади плаца. Площадь плацевого отделения рассчитывают раздельно для фор- мовочно-выбивного участка и сборочно-заливочного участка. Общая площадь плацевого отделения определяется как сумма площадей, полу- ченных в результате расчетов для каждого размера форм. Площадь ра- бочего места для формовки и сборки одной формы принимают как про- изведение габаритной площади опоки (с добавлением по 0,4 м с каждой стороны) и коэффициента 2,5 (две раскрытые полуформы и место для модели и стержней); для ожидания форм под заливку – по габаритам одной формы (плюс 0,4 м с каждой стороны); для комплекта пустых опок и для остывания отливок в форме – по габаритам опок. Метод рас- чета площадей плацевого отделения приведен в [3, с. 101–103]. Там же 35 приводится методика расчета площади и размеров кессонов при изготовлении крупных и тяжелых отливок. 10 . ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАВИЛЬНОГО ОТДЕЛЕНИЯ Расчет плавильного отделения заключается в составлении баланса металла по выплавляемым маркам, выборе типа и определении числа плавильных агрегатов, расчете расхода шихтовых материалов на годо- вой выпуск отливок и планировке участка. Подбор типа и конструкции плавильного агрегата зависит от рода металла, массы отливок, объема производства, режима работы цеха и вида топлива. При описании технологического процесса следует рассмотреть следующие вопросы: – обоснование выбора плавильного агрегата, его преимущества и недостатки; – конструктивные особенности (например, вагранки: коксовые, газовые; с копильником, без копильника; на холодном или горячем ду- тье, др.); – механизация и автоматизация подготовки, набора и загрузки шихты в плавильную печь; емкость ковшей; – выбор размеров пролетов, расстояний между печами; шаг ко- лонн, грузоподъемность подъемно-транспортных средств. В чугунолитейном производстве для плавки применяют вагранки и электрические печи (индукционные, дуговые). Наиболее распространен- ным агрегатом является вагранка с очисткой отходящих газов от пыли и СО. Современные ваграночные комплексы, оборудованные системами очистки ваграночных газов, дожигания и утилизации тепла ваграночных газов, подогрева дутья, системами дозирования и загрузки шихтовых ма- териалов, поворотными обогреваемыми копильниками, устройствами для грануляции шлака и уборки отходов, являются сложным оборудованием, отвечающим высоким технологическим требованиям. Наличие в них си- стемы водяного охлаждения плавильного пояса и фурм позволяет прово- дить плавильную кампанию без выбивки до нескольких недель. Подогрев дутья до 400–600 °С за счет вторичного тепла и дополнительного расхода топлива позволяет повысить температуру чугуна до 1400–1450 °С. Преимуществами индукционных печей являются: 1. Возможность управления процессом перегрева чугуна в широ- ком интервале по температуре и времени; точное выдерживание хими- ческого состава и получение чугуна высокого качества из чистой ших- ты; 36 2. Снижается угар кремния и марганца, удешевляются шихтовые материалы (возможность переплава тонколистовых отходов и т. п.). 3. Улучшаются условия труда. Распространенным плавильным агрегатом для плавки чугуна яв- ляется индукционная тигельная печь промышленной частоты с установ- кой для подогрева шихты и миксерным режимом (особенно при работе на дешевой шихте при выплавке синтетического чугуна). Недостатком индукционных печей промышленной частоты является ограниченность возможности проведения металлургических процессов по удалению вредных примесей, поэтому следует применять шихту стабильного со- става и не имеющую случайных и вредных примесей. При дорогой шихте и при высокой стоимости электроэнергии, при выплавке высоких и специальных марок чугуна целесообразно приме- нять дуплекс-процесс: коксовая вагранка – индукционная печь про- мышленной частоты. Среднечастотные индукционные печи целесообразно устанавли- вать при реконструкции цехов, имеющих минимальные площади для установки плавильных агрегатов, а также в цехах, выпускающих ре- монтное литье с частой сменой марок выплавляемого чугуна; создается возможность плавить наряду с чугуном и сталь. Для плавки чугуна применяются также дуговые электрические пе- чи, в которых в качестве шихты можно использовать низкосортные ме- таллоотходы и не рассортированный по видам лом, так как дуговые пе- чи позволяют эффективно осуществлять металлургические процессы: десульфурацию, рафинирование и др. Основным плавильным агрегатом для выплавки стали в литейных цехах являются электродуговые печи. Их применение обеспечивает быстрое ведение плавки, большую маневренность, широкую номенкла- туру марок выплавляемой стали и используемых шихтовых материалов. Используются печи с кислой и основной футеровкой (кислый и основ- ной процессы). Кислый процесс более простой и дешевый, но шихта должна быть чистой по сере, фосфору и легирующим элементам. Ос- новной процесс применяют для получения легированных и специаль- ных сталей. По сравнению с кислым при основном процессе расход электроэнергии повышается на 40–50 %, увеличивается продолжитель- ность плавки. Электропечи емкостью до 12 т устанавливаются в цехах мелкого и среднего литья, печи больших емкостей – при изготовлении крупных отливок, так как металл из печи должен выдаваться, как пра- вило, в один ковш. В настоящее время разработан новый тип плавиль- ных электродуговых печей, работающих на постоянном токе. Дуговые 37 печи постоянного тока разработаны для плавки стали (ДППТС), чугуна (ДППТЧ), цветных сплавов на основе алюминия и меди (ДППТА, ДППТМ) и др. Использование ДППТ позволяет уменьшить количество пылевых и газовых выбросов, снизить угар, что увеличивает выход год- ного металла; значительно снижается расход ферросплавов и графити- рованных электродов, резко уменьшается шум в плавильных отделени- ях. В литейных цехах с небольшим объемом производства, в частно- сти, цехах точного литья по выплавляемым моделям, для плавки стали применяются индукционные печи повышенной и высокой частоты. Расчет плавильных агрегатов начинается с определения необхо- димого количества металлозавалки по отдельным маркам сплава. Масса металлозавалки слагается из массы годных отливок на программу, мас- сы металла литниковых систем, расхода металла на брак, угар и безвоз- вратные потери. В массовом и крупносерийном производстве при из- вестной номенклатуре расход металла определяют подетальным расчетом на основании годовой программы (например, приведенной в табл. 4). При расчете оборудования плавильных отделений, прежде все- го, определяют баланс металла по группам массы, маркам сплава (или составам шихты), технологическим потокам. Пример расчета для чугу- нолитейного цеха с годовым выпуском 20 тыс. т отливок приведен в табл. 9. Таблица 9 Расчетный баланс металла Статьи баланса Участки цеха Тяжелое литье Среднее литье Мелкое литье т/год % т/год % т/год % Годные отливки 10000 65 6000 63 4000 60 Литники, прибыли 3539 23 2381 25 1736 26 Сливы и сплески 769 5 477 5 400 6 Брак (общий) 308 2 190 2 200 3 38 Окончание табл. 9 Статьи баланса Участки цеха тяжелое литье среднее литье мелкое литье т/год % т/год % т/год % Жидкий металл 14616 95 9048 95 6336 95 Угар (безвозвратные потери) 769 5 477 5 334 5 Металлозавалка 15385 100 9525 100 6670 100 Расчет плавильных агрегатов производится по жидкому металлу. Таблица 10 Выход годного, угар и потеря металла в процентах от металлической шихты Сплав Плавиль- ный агрегат Мелкие отливки от 100 кг Средние отливки 100–1000 кг Крупные отливки и тяжелые св. 1000 кг Выход годного, % Угар и потери, % Выход годного, % Угар и потери, % Выход годного, % Угар и потери, % Серый чугун ВЛК 50–60 4–6 60–70 4–6 65–75 5–6 Высоко- прочный чугун ИЧТ 35–45 3–5 45–55 5–6 50–60 5–6 Сталь ДСП ИСТ 40–50 5–7 4–5 50–60 5–7 4–5 55–65 5–7 – Состав и количество шихтовых материалов по видам определяется на основании ведомости шихт и баланса металла. В табл. 11 приводится пример расчета для технологического потока изготовления отливок го- довым выпуском 10 тыс. т. Таблица 11 Ведомость состава шихты Состав шихты Марка сплава 1 % т Чугуны чушковые 40 6154 Лом чугунный 20 3077 39 Окончание табл. 11 Ведомость состава шихты Состав шихты Марка сплава 1 % т Лом стальной 8 1230 Отходы собственного производства (возврат)* 30 4616 Ферросплавы 2 308 Итого 100 15385 *Отходы собственного производства учитывают литники, сливы, сплески, прибыли, брак, то есть все отходы металла, которые в литейном цехе используются как возврат производства. Ведомость расхода шихтовых материалов содержит данные о составе шихты по каждой марке выплавляемого металла. Необходимое число плавильных агрегатов рассчитывается по формуле q T k Q n э н , (11) где Q – годовое количество жидкого металла, т; q – производительность плавильного агрегата, т/ч; k н – коэффициент неравномерности потреб- ления металла, принимается равным 1,2–1,5. Рекомендуемый коэффициент загрузки плавильных печей состав- ляет 0,75–0,85. При выборе плавильных агрегатов следует учитывать, что вагран- ки являются печами непрерывного действия, позволяющими произво- дить отбор металла по мере необходимости. При этом для накапливания большого количества металла предусматривается установка обогревае- мых копильников, печей-миксеров. В качестве миксеров используются канальные индукционные печи. Для дуговых и индукционных печей емкость печи определяется как возможностью снабжения металлом литейных конвейеров непрерывно сравнительно небольшими порциями, так и необходимостью заливки крупных и тяжелых отливок. Для индукционных печей промышленной частоты, если емкость печи не обусловлена максимальной массой отливки, ми- нимальная емкость печи может быть определена по формуле 40 ч 5 , 2 Q G , (12) где Q ч – часовая потребность в жидком металле. Данный метод расчета вызван тем, что стабильная работа индук- ционных печей промышленной частоты обеспечивается при работе с «болотом», когда производится отбор металла в количестве 30–50 % от объема печи. В общем случае необходимая емкость садоч- ной печи может быть рассчитана по формуле д н p Т k t Q G , (13) где Q – годовой расход жидкого металла для рассчитываемого техноло- гического потока, t p – полное время одной плавки и разливки, ч; k н – коэффициент неравномерности потребления, связанный с колеба- ниями производственной программы; Т д – действительный фонд време- ни работы печи, ч. При расчете парка ковшей сначала рассчитывают число разливоч- ных ковшей, исходя из количества жидкого металла, необходимого для каждой технологической группы литья, емкости ковша и длительности одного оборота ковша. Таблица 12 |