Характеристика цеха литья под давлением мощностью 800 тонн

1.1 Характеристика цеха литья под давлением мощностью 800 тонн в год
     Проектируемый цех предназначен для производства отливок из алюминиевых сплавов методом литья под давлением мощностью 800 т. отливок в год. 
     При проектировании литейного цеха важно привести его к определенному классу и минимизировать его по основным признакам.
     Литейные цеха различают по роду сплава, по массе, по серийности и отраслевому назначению отливок, техническому назначению отливок, технологическому процессу и объему производства.
     На основании этих признаков проектируемый литейных цех литья под давлением является:
 по роду металла – цветнолитейным цехом к подгруппе легких сплавов;
 по типу производства – литейным цехов серийного производства;
 по развесу отливок - мелкого литья;
 по объему производства - малой мощности;
     Достоинства литья под давлением:
 высокая точность и качество поверхности отливки;
 возможность получения тонкостенных отливок и точных литых отверстий, а так же отверстий с резьбой;
 минимальный объем финишной обработки отливок;
 высокая производительность;
 возможность полной автоматизации и роботизации;
 отсутствие формовочных и стержневых материалов и их переработки, а также отсутствие не перерабатываемых отходов производства;
 резкое улучшение условий труда по сравнению с литьем в песчаные, оболочковые и в металлические формы.
Недостатки литья под давлением:
 наличие газовой пористости в массивных частях отливок, что влечет снижение их механической прочности, а также не допускает упрочняющие виды термообработки;
 высокая стоимость технологической оснастки и оборудования;
 проблематичность литья под давлением отливок из черных сплавов;
 ограничение отливок по массе и размерам.
1.2 Состав литейного цеха
     Структуру литейного цеха определяет его мощность, номенклатура, режим работы, степень специализации и тип производства.
     	В состав литейного цеха входят:
 плавильное отделение с шихтовым двором и участком ремонта плавильного оборудования;
 отделение литья под давлением;
 отделение обрубки и термической обработки отливок, в состав которого входят:
 участок обрезки и зачистки отливок;
 участок дробеметной очистки отливок;
 участок термообработки;
 участок пропитки отливок;
 участок грунтовки отливок;
 мастерские службы механика и энергетика цеха;
 мастерские по ремонту пресс-форм, штампов, другой оснастки и приспособлений;
 диспетчерская служба;
 экспресс-лаборатории;
 лаборатории по испытанию отливок;
 опытный участок;
 цеховые и межоперационные склады;
 подъемно-транспортные системы.
Производственная программа цеха представлена в таблице 1.
Таблица 1
№
Наименование продукции
Марка сплава
Масса отливки
Количество отливок 
Масса всех отливок
1
Основная продукция представитель «Втулка подшипника левой опоры двигателя»



АК – 12М2





0,1 кг



1066000


106,6 т

«Втулка передней опоры двигателя»

0,13 кг
56000
7,28 т

«Корпус шаровой»

0,13 кг
54000
7,02 т

«Диффузор большой»

0,29 кг
78000
22,62 т

«Шатун»

0,26 кг
263000
68,38 т

«Радиатор»

0,17 кг 
112000
19,04 т

«Корпус коммутатора»

0,18 кг
178000
32,04 т

«Корпус круглый»

0,2 кг
22000
4,4 т

«Кронштейн» 

0,3 кг
34000
10,3 т

«Засов замка»

0,13 кг
56000
7,28 т

«Консоль»

0,39 кг
97000
97,83 т

«Корпус»

1,6 кг
57000
91,2 т

«Втулка»

1,75 кг
12000
21 т

«Стенка»

0,5 кг
98000
49 т

«Стойка»

0,02 кг
756000
15,12 т

«Корпус»

0,4 кг
45000
18 т

«Крышка»

0,2 кг
65000
13 т

«Опора»

0,46 кг
91000
41,86 т
2
Запасные части


400000
5%
40 тонн
4
По кооперации


1280000
16%
128 тонн
5
Всего


8000000
100%
800 тонн

1.3 Режим работы цеха
     Режим работы цеха определяется последовательностью выполнения технологического процесса изготовления отливок в пространстве и времени. От принятого режима работы зависит организация производственного процесса. 
     Для литейных цехов принимается параллельные и последовательные режимы работ. В данном проекте целесообразно применять параллельный двухсменный режим работы цеха. При этом режиме работы цеха все операции выполняются одновременно на всех различных производственных участках. 
     По сравнению с последовательным режимом работ, параллельный имеет несколько преимуществ:
 Сокращается производственный цикл изготовления отливок.
 Рациональнее используется площади цеха и оборудование.
 Качество продукции возрастает.
 Себестоимость отливок уменьшается.
      
     1.4 Расчет годового фонда времени
           В соответствии с данным режимом работы цеха при проектировании устанавливают годовой фонд времени работы рабочих и фонды времени работы оборудования. При определении фондов времени необходимо исходить из существующих законоположений о рабочих и не рабочих днях и продолжительности рабочего дня. Фонды времени выражаются в днях или часах. Различают календарный, номинальный и действительный фонды времени работы оборудования. Календарный фонд времени равен количеству календарных дней в расчетном периоде (в году). Номинальный фонд времени равен количеству календарных дней расчетного периода за вычетом воскресных и праздничных дней. Действительный фонд времени равен календарному фонду времени за вычетом времени на планово – предупредительный ремонт, на капитальный ремонт. 
     Таблица 2 Действительный фонд времени

№
Наименования оборудования
Номинальный фонд времени, час
Потери
Действительный фонд времени, час




%

час

1
Плавильное 
3952
6
237
3715
2
Машины ЛПД
3952
3
119
3833
3
Оборудование для обрубки
3952
3
119
3833
     
     Баланс металла на годовую программу представлен в таблице 3.
     Таблица 3 Баланс металла
№
Статьи баланса
АК – 12М2


Тонн
%
1
Выход годного
800 
60
2
Литники прибыли
480
36
3
Брак
27
2
4
Жидкий металл
1307
98
5
Угар
27
2
6
Металлозавалка
1334
100


1.5 Расчет плавильного отделения
     Выбираем для плавки индукционную печь. Достоинства тигельных плавильных печей: 
 выделение энергии непосредственно в загрузке, без промежуточных нагревательных элементов;
 интенсивная электродинамическая циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая быстрое плавление мелкой шихты, отходов, выравнивание температуры по объёму ванны и отсутствие местных перегревов, гарантирующая получение многокомпонентных сплавов, однородных по химическому составу;
 принципиальная возможность создания в печи любой атмосферы (окислительной, восстановительной или нейтральной) при любом давлении;
 высокая производительность, достигаемая благодаря высоким значениям удельной мощности, особенно на средних частотах;
 возможность полного слива металла из тигля и относительно малая масса футеровки печи, что создаёт условия для снижения тепловой инерции печи благодаря уменьшению тепла, аккумулируемого футеровкой. Печи этого типа удобны для периодической работы с перерывами между плавками и обеспечивают возможность быстрого перехода с одной марки сплава на другую;
 простота и удобство обслуживания печи, управления и регулировки процесса плавки, широкие возможности для механизации и автоматизации процесса;
 высокая гигиеничность процесса плавки и малое загрязнение воздуха.
   Характеристика индукционно – тигельной печи ИАТ – 1,0 представлена в таблице 3.
Таблица 3 Характеристика индукционно-тигельной печи.
Печь типа
ИАТ-1,0

Вместимость
1.0 т
Мощность потребляемая
390 кВт
Удельный расход электроэнергии на расплавление и перегрев
580 
Производительность
0.13 т
     
     Определим потребное количество печей: 

n=(Q_ж?K_н)/(F_g?g)  
     где, 	Qж – масса жидкого металла, т;
     	Кн – коэффициент неравномерности потребления жидкого металла;
     	Fg – годовой фонд времени работы оборудования, час;
     	g – производительность печи  тонн/час.
     
n=(1307?1.3)/(3715?0.13)=3.51 шт
     	Принимаем 5 индукционно-тигельных печи для плавки алюминиевых сплавов.
     	Коэффициент загрузки печи:
K_заг=n_расч/n_прин ?100%=3.51/5?100=71% 

     1.6 Расчет шихты
     Для расчета шихты необходимо знать химический состав всех исходных шихтовых материалов и приготовляемого сплава. Кроме того, необходимо учесть угар элементов, который зависит от состояния шихты, конструкции и типа плавильного агрегата, а также от методики ведения плавки способа рафинирования и т.д.
        Для приготовления сплава АК12М2, в качестве шихтовых материалов применяют: 
      чушковый силумин Сил-О, Сил-ОО, маркировка на торце чушек буквами «С» белого цвета;
      сплав алюминиевый, литейный в чушках марки АК12М2, маркировка две вертикальные полосы: белая и красная;
      возврат собственного производства.
     Вес шихты на одну плавку принимаем за 100% (100 кг). Угар металл, возникающий в процессе плавки, является безвозвратной потерей. При расчете шихты, потери на угар принимают исходя из практических данных: угар Si – 1%; Mg – 3%; Al – 1%. Для учета угара отдельных элементов масса шихтовых материалов должна быть увеличена:
     Si  на   кг
     где, 	12 – среднее значение количества  Si в сплаве, в %;
     	1 – угар Si в %;
     Mg  на   кг
     Al  на   кг
     Содержание химических элементов шихты: Si – 12%; Mg – 0.3%; Сu -2 %; Al – 85.7%.
     Затем определяем количество чушкового силумина и лигатуры которое необходимо ввести в шихту:
      кг
     Содержание Аl в силумине составит:
     М=93.2 – 12.12= 81.08 кг
     Лигатура Al-Mg составит:
     М= кг
     Содержание Al в лигатуре составит:
     М=3.09 – 0.309=2.781 кг
     Масса чушкового Al составит:
     М=85.7 – (81.08+2.781)=2 кг
     Следовательно, для выплавки 100 кг сплава АК 12 М2 необходимы следующие массовые доли шихтовых материалов:
      чушковый алюминий – 2 кг
      силумин:                                  65.916 кг;
      лигатуры Al-Mg:                     3.090 кг;
      возврат собственного производства    30 кг
      Всего:                                      101. 006 кг.
Плавка шихтовых материалов осуществляется в индукционно-тигельных печах для алюминиевых сплавов. Примесями, содержащимися в исходном материале, пренебрегли.
     

1.7  Расчет отделения литья под давлением
     В данном отделении располагаются машины литья под давлением. 
      Выбор машины для осуществления процесса литья под давлением определяют технологические параметры к которым относятся: 
      площадь проекции отливки и литниковой системы на подвижную часть пресс-формы; 
      усилие запирания пресс-формы;
      величина удельного давления на металл;
      скорость прессования.
      Масса отливки с литниковой системой, промывниками и пресс – остатком не должна превышать массу максимальной дозы заливки, определяемой паспортом машины.
      Суммарная площадь, проекции отливки и литниковой системы должны быть не больше значений, указанных на паспорте машины.
      По усилению запирания машины указанному в паспорте, и площади проекции отливки и литниковой системы определить удельное давление прессования, которое может быть обеспечено машиной [15]:
     
        ,
     где  Рпр.м – удельное давление прессования обеспечивающее машиной, Па;
               К – коэффициент наружности механизма запирания машины. Для машин с горизонтальной камерой прессования К=0,85;
                Qзап – усилие запирания машины, кН.;
                Fs – площадь проекции отливки и литниковой системы, м2.
     кН./м2.
      По массе отливки с промывниками принимаем диаметр камеры прессования равным 50 мм [20].
     					Qпр = Рпр.м х  Fкп    
     Где  Qпр – усилие прессования, кн.;
              Рпр.м – удельное давление прессования;
              Fкп – площадь поперечного сечения камеры прессования, м2.
     Qпр = 16190 х   кН.
     Так как max усилие прессования машины модели Пумори, изготовляемая в г. Екатеренбуоге, составляет 400 кН., то данная модель обеспечивает изготовление рассматриваемой отливки.
     Определяем соответствие скорости прессования машины выбранному режиму заполнения: [15]
      (17),
     где Vпр – скорость прессования, м/с;
             Vвн – скорость впуска, м/с;
              Fn – площадь поперечного сечения прессующего стакана, мм2.
      м/с.

	
     Исходя из площади проекции отливки, по массе заливаемого металла выбираем машину литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования: для средних отливок - модели Пумори.
     Для смазки пресс-форм  применяется  автоматический манипулятор, для съема отливок – манипулятор. Применение машин данной модели позволит получать отливки с повышенными механическими свойствами и плотностью. 
Таблица 4. Техническая характеристика  машины  ЛПД  модели  Пумори
Усилие запирания формы
200 тс
Производительность машины
30 зап./час
Наибольшее усилие прессования
40 тс
Max масса заливаемой порции сплава
3,6 кг
Время холостого цикла
5с
Мощность
22.7 кВт
Габаритные размеры
5315?2650?2285
Масса машины
7.6 тонн
     
     	Количество машин ЛПД определяется по формуле:
M=N/(F_g?g) 
     где,	N – количество отливок;
     	Fg – действительный годовой фонд рабочего времени (для машин ЛПД), час;
     	g – производительность машин 
     	
M=8000000/(3833?180)=11.59 шт
     	Принимаем 15 машины ЛПД.
     	Определим коэффициент загрузки по формуле:
K_заг=n_расч/n_прин ?100%=11.59/15?100=77%





1.8 Расчет потребного  количества литейных форм при литье под давлением
     Средняя стойкость литейных форм для алюминиевых сплавов в пределах 40000 ? 60000 запрессовок [7], принимаем среднее количество запрессовок  Р = 50000.
Количество литейных форм определяем по формуле: [14],
					    
где  G – число отливок на программу;
        Р – стойкость  пресс – форм .
        n – количество гнезд в пресс-форме.
Втулка подшипника левой опоры двигателя
Расчёт ведем по каждой  изготовленной отливке из номенклатуры 
 Для отливки «Втулка                     2. Для отливки «Втулка подшипника левой опоры 			передней опоры двигателя»
двигателя»
                     
Принимаем 6 пресс – форм             Принимаем 1 пресс- форму
3.   Для отливки «Корпус                     4. Для отливки «Диффузор
	      шаровой»					   большой»
                            
    Принимаем 1 пресс – форму            Принимаем 2 пресс- формы

5.  Для отливки «Шатун»                  6. Для отливки «Радиатор»
                          
    Принимаем 3 пресс –формы                   Принимаем 2 пресс -формы


7. Для отливки «Корпус                  8. Для отливки  «Корпус круглый» 
            коммутатора»                                    
                           
 Принимаем 2 пресс –формы                      Принимаем  1 пресс- форму
9. Для отливки «Кронштейн»           10. Для отливки «Засов замка»
                             	
   Принимаем 1 пресс –форму                      Принимаем  2 пресс- формы
11. Для отливки «Консоль»                12. Для отливки «Корпус»
                             
 Принимаем 2  пресс –формы                       Принимаем  2  пресс- формы
13 Для отливки «Втулка»                             14. Для отливки «Стенка»
                            
     Принимаем 1  пресс –форму                  Принимаем  2 пресс- формы
15 .Для отливки «Стойка»                         16. Для отливки «Корпус»
                             
     Принимаем 4  пресс –формы                   Принимаем  1  пресс- форму
17. Для отливки «Крышка»                          18. Для отливки «Опора»
                               
     Принимаем 2  пресс –формы                    Принимаем  2 пресс- формы



     Необходимое количество пресс форм находим по формуле:
Nобщ = ?Ni 
     Итого на программу необходимо 37 пресс-форм.

1.9  Расчет отделения обрубки и зачистки литья
        Так как в литейном цехе установлены комплексы ЛПД, в которых установлены обрубные прессы, то дополнительное обрубное оборудование в цехе не предусмотрено.
     	Установим в отделении обдирочно-шлифовальный станок модели 3М382 производительностью 300 кг/час. Количество станков определим по формуле: 
n=N/(F_g?g) (9)
     где,	 N – количество отливок, шт.;
             - действительный годовой фонд рабочего времени оборудования, час;
 	        g – производительность обдирочно-шлифовального станка, кг/час.
n=8000000/(3833?300)=6,9 шт
     Принимаем 8 станков модели 3М382.
     Определим коэффициент загрузки по формуле:
K_заг=n_расч/n_прин ?100%=6,9/8?100=86%
1.10  Расчет площади склада шихтовых материалов
          Площадь склада для каждого компонента шихты определяется по формуле:
f_(з.ш.)=(Q_н?a?b)/(Ф?H?j) 
     где Qн – вес металлозавалки на годовую программу, тонн.
            а  -   норма расхода соответствующего компонента шихты от металлозавалки, %.
            в    -       норма хранения компонента шихты, дней.
            Н   -       высота хранения компонента шихты, м.
             J   -       насыпная масса компонента шихты, тн/м3.     
      - годовой фонд времени, в днях.
f_(з.ш.)=(1334?0.68?30)/(159?0.8?3)=71.31 м^2
     Принимаем 75 м2.
     
1.11 Склады пресс – форм и готовой продукции 
	В проектируемом цехе предусматриваются склады пресс-форм, готовой продукции.
	Склад литейных форм оснащен  каркасными стеллажами. Расставка пресс-форм непосредственно к машинам ЛПД и на ремонт осуществляется электропогрузчиком. Склад шихтовых материалов оснащен бункерами для возврата собственного производства (брак, литники), весами, механической электропилой, а непосредственная доставка шихтовых материалов  осуществляется подвесной кран балкой и электропогрузчиками. Причем разливка готового расплава от плавильной печи к раздаточным печам  производится электропогрузчиком с подогревом ковша. Ковш литой конструкции изготовлен из легированной стали с добавками никеля и хрома отличается большой стойкостью против теплового и химического воздействия. Т.к. алюминий обладает высокой теплопроводностью, то при  взаимодействии  его  расплава с не подогретым ковшом приведет к быстрой кристаллизации расплава. 
1.12 Транспортные средства цеха
     Для выполнения грузоподъемных и транспортных операций по внутрицеховым грузоперевозкам, цех оснащен  следующими видами транспортного оборудования
 склад шихтовых материалов: подвесная кран балка грузоподъемность Q=1 тонны.
Определим количество  кранов по формуле: [7]
     					
где,	Q – количество оборудования на участке, шт.;
	n – грузоподъемность мостового крана, тонн;
	а – количество крано-часов на 1т., отливок в час;
	Fg – действительный фонд времени работы мостового крана, час.
 штук;
Принимаем 1 кран мостовой  Q = 3 тонны.
 плавильное отделение:
 штук;
Принимаем 1 кран мостовой .
 отделение литья под давлением:
 
 штук;
Принимаем 1 кран мостовой  Q = 1 тонн.
 обрубное отделение:
 штук;
Принимаем 1 мостовой кран  Q = 1 тонны.
 также для транспортирования тары  с отливками и литниковыми отходами (из обрубного отделения) применяются маневренные электропогрузчики (7 шт.);
      склад пресс-форм: оборудован штабелерами.

.......................