Организация малого предприятия литья в холодно-твердеющие смеси

Министерство образования и науки Российской Федерации



ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Институт новых материалов и технологий



Утверждаю

Зав. кафедрой ЛПиУТ

д-р техн. наук, профессор

___________________Е.Л. Фурман



Выпускная квалификационная работа магистра

На тему: «Организация малого предприятия литья в холодно-твердеющие смеси»

05.16.04 000 000 005 ПЗ

Часть I«Проектные решения в литейном цехе»







Научный руководитель

д-р техн. наук, профессор                      __________________                   А.Б. Финкельштейн

Подпись

Нормконтролер                                              

канд. техн. наук, доцент                        ___________________                  С.П. Казанцев

Подпись

Выполнил

Магистрант                                           ___________________                   Н.И. Синицин

Подпись









Екатеринбург 2017


Оглавление

	Введение	3

		1.	Технология	4

		1.1.	Обзор современных технологий литейного производства для стальных отливок	4

		1.1.1.	Литье по выплавляемым моделям	4

		1.1.2.	Литье в оболочковые формы	5

	1.1.3. Литье в металлические формы	6

		1.1.3.	Литье в песчано-глинистые формы	7

		1.2.	Выбор технологии производства отливок	12

		1.3.	Технологическая схема изготовления отливки	18

		2.	Оборудование	21

		2.1.	Фонд времени и режимы работы оборудования	21

		2.2.	Оборудование формовочного отделения	22

		2.2.1.	Выбор и обоснование выбора технологического оборудования	22

		2.2.2.	Расчет количества необходимого оборудования	24

		2.3.	Оборудование плавильного участка	27

		2.3.1.	Преимущества и недостатки выплавки стали в индукционной печи	27

		2.3.2.	Преимущества и недостатки дуговых сталеплавильных печей постоянного и переменного тока	28

		2.3.3.	Индукционные печи GW	30

		2.3.4.	Индукционные плавильные установки фирмы РЭЛТЕК УИП	33

		2.3.5.	Индукционные печи компании «Мосиндуктор»	35

		2.3.6.	Индукционные печи фирмы EGES	38

		2.3.7.	Обоснование выбора типа плавильного агрегата	40

		2.3.8.	Расчет количества необходимого оборудования	41

		2.4.	Оборудование выбивного отделения	42

		2.4.1.	Расчет и подбор оборудования системы регенерации	43

		2.5.	Оборудование очистного отделения	45

		2.6.	Оборудование обрубного отделения	47

		2.7.	Отделение термообработки	49

		2.7.1.	Обоснование выбора печи для термообработки	49

		2.7.2.	Производители термических печей	50

		2.7.3.	Выбор поставщика камерной печи с выкатным подом	55

		2.7.4.	Расчет необходимого количества оборудования	56

		2.7.5.	Подъемно-транспортные механизмы	57

		3.	Склады	59

		3.1.	Необходимое количество ферросплавов	60

		3.1.1.	Необходимое количество ферросилиция ФС45 на складе.	60

		3.1.2.	Необходимое количество Ферромарганец ФМн78	63

		3.1.3.	Необходимое количество электродного боя	67

		3.1.4.	Необходимое количество Ферромолибдена ФМо	70

		3.1.5.	Необходимое количество Феррохрома ФХ025	72

		3.1.6.	Необходимое количество Феррохрома ФХ800	75

		3.2.	Необходимое количество кварцевого песка на складе	78

		3.3.	Необходимое количество лома металлического	82

		3.4.	Необходимое количество связующего	85

		4.	Проектирование литейного цеха	89

		4.1.	Компоновочные и проектные решения плавильного отделения	89

		4.2.	Компоновочные и проектные решения формовочного отделения цеха	92

		4.3.	Компоновочные и проектные решения выбивного отделения	96

		4.4.	Компоновочные решения термообрубного отдления	97

	Приложение 1	98

	Список литературы	101








Введение



Развитие современного литейного производства неразрывно связано с развитием машиностроительным, приборостроительным и горнодобывающим комплексом. Требование именно этих отраслей определяют качество выпускаемой продукции литейных заводов и цехов. Тенденция современного машиностроения направленна на непрерывное повышение точности выпускаемых изделий и их унификацию. Точность во многом сказывается на качестве выпускаемой продукции машиностроительных предприятий. Также не маловажным фактором является срок службы отливки, который зачастую является определяющим для горнодобывающей промышленности. Для выхода на рынок требуется снижение себестоимости отливки. Также немаловажны требованием остается снижение дефектности отливки.

Исходя из вышеозначенного, проектируемые цеха должны удовлетворять следующим требованиям: повышенный уровень точности отливки на выбранном технологическом оборудовании; снижение дефектности отливки; пониженный уровень брака; низкая себестоимость отливки.

Повышение класса точности можно добиться за счет применения современного технологического оборудования. Также этот параметр напрямую зависит от технологического процесса. Например, класс точности достаточно высок при литье под давлением, а самый низкий класс точности при литье в песчано-глинистые формы. При литье под давление можно получить класс размерной точности от 3 до 9 в зависимости от материала отливки и термообработки. При литье по выжигаемым моделям получают класс размерной точности от 3 до 11т. Литье по выплавляемым моделям позволяет получить отливки от 4 до 11 класса размерной точности. Литье в песчано-глинистые формы обеспечивает от 5 до 16 класс точности отливки.

Снижение дефектности отливки достигается за счет использования более современных технологических процессов. Этому способствует использование высоко технологичного оборудования, использования последних научных достижений в литейном производстве, более совершенная технология получения отливки.




Технология



Обзор современных технологий литейного производства для стальных отливок



Для выбора технологического процесса необходимо определиться с выпускаемой продукцией. Объем и количество выпускаемой продукции полностью определяется производственной программой, которая подготавливается заранее на основании маркетинговых исследовании выбранного рынка и входит в состав задания на проектирования. Исходя из анализа потребности предприятий Екатеринбурга и Свердловской области была составлена производственная программа, представленная в    приложении 1.

Из анализа производственной программы следует:

Материал отливок: СЧ20; сталь 35Л, 30Л, 20Л, 35ХМЛ.

Масса деталей от 12 до 220 кг; масса отливок от 14 до 20 кг.

Количество отливок в год от 200 до 1000 шт.

Для получение высококачественной отливки с минимальным браком рассмотрим основные технологические процессы.



Литье по выплавляемым моделям



Литьё по выплавляемым моделям - это процесс получения отливок путём свободной заливки (может быть под низким давлением, центробежным способом) расплавленного металла в форму, изготовленную по выплавляемым моделям. Литьё по выплавляемым моделям чаще всего используют при изготовлении художественных отливок, в ювелирной промышленности, в стоматологии - для протезирования. Оборудование для литья по выплавляемым моделям подбирают в зависимости от задач, объёмов и материалов, из которых планируется получение конечного изделия.

Технология литья по выплавляемым моделям обеспечивает получение сложных по форме отливок массой от нескольких грамм до десятков килограмм, с толщиной стенок от 0,5 мм, с поверхностью, соответствующей 4—6-му классам чистоты, и с высокой точностью размеров по сравнению с другими способами литья.

Размеры отливок, полученных литьем по выплавляемым моделям, максимально приближены к размерам готовой детали. За счёт сокращения механической обработки снижается стоимость готового изделия. Иными словами при изготовлении отливок по такой технологии получают точное литьё.

Для точного литья по выплавляемым моделям используют целый комплекс оборудования, обеспечивающий описанный технологический процесс полностью или частично.

Для литья по выплавляемым моделям применяется:

?  оборудование для формовки и заливки керамических форм;

?  оборудование для сушки гипсовых форм;

?  оборудование для нанесения огнеупорного покрытия и выплавления модельного состава;

?  оборудование для очистки отливок от остатков керамической массы

?  шприц-машины, бойлерклавы, обрубные прессы и многое другое оборудование.

После получения оболочковой формы, непосредственно для процесса литья по выплавляемым моделям используют индукционные печи, центробежные машины (центрифуги), литейные вакуумные машины и т.п.



Литье в оболочковые формы



При этом способе детали получают в тонкостенных формах-оболочках толщиной 6…15 мм, изготовленных из высокопрочных песчано-смоляных смесей. Форма состоит из двух оболочковых полуформ, соединенных по вертикальной или по горизонтальной линии разъема путем склеивания или при помощи скоб или струбцин. Для получения внутренних полостей в отливках при сборке формы в нее устанавливают сплошные или полые стержни.



Оболочки изготавливают из песчано-смоляных смесей горячего отверждения. Наполнитель – мелкозернистый кварцевый песок – должен иметь минимальное содержание глины. с увеличением содержания глины повышается расход смолы – связующего. Для повышения термохимической устойчивости в смесь иногда добавляют хромомагнезит. В качестве связующего широко применяют пульвербакелит –.фенолоформальдегидная смола с добавками уротропина. Такая смола при 70…80° С размягчается, при 100…120° С плавится, превращаясь в клейкую жидкость, покрывающую поверхность зерен песка тонкой пленкой. При дальнейшем нагреве до 200…250° С смола необратимо затвердевает, обеспечивая, высокую прочность оболочковой формы. При нагреве выше 400…450° С смола начинает выгорать, что приводит к снижению, а затем к полной потере прочности форм – оболочек.

Преимущества литья в оболочковые формы по сравнению с литьем в землю: более высокая точность (12…14 квалитеты) и качество поверхности (Rz 160…40); высокая газопроницаемость оболочек, что существенно снижает брак по газовым пузырям и раковинам; меньше расход формовочной смеси (в 20…30 раз); процесс легко механизировать и автоматизировать; высокая производительность формовки (до 500 оболочек в час).

Недостатки:

ограниченная масса отливок (до 300 кг, наиболее экономично до 50…80 кг);

большая стоимость формовочных материалов за счет высокой стоимости смолы.



1.1.3. Литье в металлические формы



Литье в металлические формы (кокили) получило большое распространение. Этим способом получают более 40% всех отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, отливки из чугуна, стали и других сплавов. Сущность способа состоит в получении литых деталей путем свободной заливки расплава в металлические формы. Конструкции кокилей чрезвычайно разнообразны, они могут быть неразъемными (вытряхными) и разъемными. Неразъемные кокили применяют для получения небольших отливок простой конфигурации, которые можно удалять без разъема формы.

Более сложные и крупные отливки получают в разъемных кокилях. Они обычно состоят из двух частей – полуформ с вертикальной, горизонтальной или сложными плоскостями разъема. Полости в отливках получают с. помощью стержней, изготовленных из стержневой смеси или металла.

Для удаления воздуха и газов при заливке по линиям разъема кокиля или в специальных пробках устраивают газоотводные каналы глубиной 0,2…0,5 мм. Кокили чаще всего изготавливают, из чугуна и стали. Для повышения стойкости (долговечности) кокиля и предупреждения поверхностной закалки стали или отбеливания чугуна на внутреннюю поверхность кокиля наносят огнеупорные покрытия и краски.

Интенсивность теплообмена между отливкой и кокилем в 3…10 раз больше, чем при литье в разовые формы, что способствует получению мелкозернистой структуры. Вместе с тем быстроохлаждающийся сплав снижает свою жидкотекучесть, что затрудняет получение тонкостенных, сложных отливок. Поэтому перед заливкой кокиль должен быть нагрет до определенной оптимальной температуры 100…300°С (в зависимости от вида сплава, конфигурации отливки и т. п.).

Особенности способа и области применения. Литье в металлические формы – один из прогрессивных способов изготовления отливок. Кокиль – форма многократного использования; в нем можно получить 300…500 стальных отливок массой 100…150 кг, около 5000 чугунных мелких отливок, несколько десятков тысяч отливок из алюминиевых сплавов.

Метод обеспечивает высокую точность (11…12 квалитет) и качество поверхности (Rz 40) отливок. структура металла получается мелкозернистой, вследствие повышенного теплоотвода формы, что приводит к существенному повышению механических свойств.

Недостатками метода являются высокая стоимость кокилей, трудоемкость в изготовлении сложных по конфигурации и тонкостенных отливок, сравнительно невысокая стойкость кокиля при литье из тугоплавких сплавов.



Литье в песчано-глинистые формы



Литье в песчаные формы (литье в землю) – процесс получения отливок путем свободной заливки расплавленного металла в форму, изготовленную из песка с добавлением глины, воды и небольшого количества специальных добавок.

Литьем в землю получают крупногабаритные отливки.

Технологический процесс получения формы:







Модельная плита

Установка модели на плите

Установка нижней опоки







Засыпка песчаноглинистой смеси

Уплотненная смесь

Установка верхней модели







Установка литниковой системы

Засыпка и уплотнение смеси

Система перед заливкой металла

 





Заливка металла

Полученная отливка

Готовая деталь после механообработки

Основные достоинства процесса – низкая стоимость технологической оснастки, возможность получать любые по массе и размерам отливки.

Недостатки: низкая точность размеров (14…16 квалитеты); большая шероховатость поверхности (Rz 320 и грубее); крупнозернистая дендритная структура отливки с невысокими механическими свойствами.

Основными причинами низкой точности размеров и формы являются:

наличие разъема в форме;

осыпание формовочной смеси при транспортировке и заливке;

расталкивание модели при выемке;

податливость формы.



Alphaset процесс

AlpHaset (альфасет) – это процесс отверждения эфирами и лактонами полифенолятов (смол). Смола (полифенолят) широко применяется в литейном производстве, а процесс литья, производимый с применением этой смолы, получил название альфа-сет-процесс. Этот процесс позволяет получить хорошее качество поверхности отливки, кроме того, его применение обеспечивает высокую производительность и значительно облегчает условия труда как на участке формовки, так и на участке заливки. По своим свойствам альфа-сет удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к современным литейным связующим.

На этапе приготовления формовочной смеси отвердитель добавляется всегда раньше смолы. Количество отвердителя расчитывается от количества добавляемой смолы и должно составлять 20 – 22 % от количества смолы. Особо мелкозернистые и пылесодержащие пески могут потребовать до 24 % отвердителя для достижения оптимальных значений прочности. Добавляемое количество смолы при формовке составляет 1,2 – 1,6 % и при изготовлении стержней 1,3 – 1,8 % от количества песка. Соответствующие значения предела прочности на изгиб на хорошем кварцевом песке составляют 150 – 300 Н/см2.

AlpHaset–процесс получил известность благодаря хорошему качеству поверхности отливок. Хорошая текучесть смеси на этапе заполнения формы способствует ее равномерному распределению в форме и стержневом ящике. Беспроблемное извлечение из оснастки и великолепная пригодность AlpHaset – смеси для нанесения противопригарных покрытий создаёт отличные предпосылки для достижения гладких поверхностей отливок. Связующая система AlpHaset не содержит серы, снижающей поверхностное натяжение металла. Внедрение металла в смесь при использовании противопригарных покрытий – явление редкое, при условии хорошего уплотнения смеси.

Содержание свободного формальдегида в AlpHaset смоле ниже 0,06 %. В процессе приготовления смеси и формовки формальдегиды не выделяются, так как и смола и отвердитель приготовлены таким образом, что возможно образующееся небольшое количество формальдегида связывается в полимер связующего. Также в процессе заливки металла количество высвобождающегося формальдегида при использовании AlpHaset смолы довольно низкое, так как он также связывается в полимер. Поскольку AlpHaset смолы и отвердители не содержат серы, то и образующиеся во время заливки газы не содержат соединений серы. Количество угарного газа, образующегося во время заливки в результате выгорания связующего значительно меньше, чем при использовании других связующих систем. Вследствие медленного термического разложения связующего вещества образующийся угарный газ постепенно перемешивается с окружающим воздухом.

AlpHaset признан эффективным, щадящим к окружающей среде процессом формовки и изготовления стержней, который позволяет изготавливать ответственное литьё с хорошим качеством поверхности при небольших затратах труда на очистку и окончательную обработку.

Преимуществами AlpHaset процесса при литье чугуна в сравнении с другими процессами на основе холоднотвердеющих смол являются более лёгкое извлечение из остнастки, нанесение покрытия сразу после извлечения из остнастки, быстро твердеющая смесь и возможность заливки вскоре после закрытия формы, то есть высокая производительность, хорошее качество поверхности отливки и благоприятные условия среды рабочей зоны как во время формовки, так и после заливки.



Литье по газифицируемым моделям

Эту развивающуюся технологию можно отнести к группе  способов получения отливок в неразъемных формах по разовой модели как литье по выплавляемым моделям. Но в отличие отданных сходных способов модель удаляется (газифицируется) не до заливки,  а в процессе заливки формы металлом, который,  вытесняя  (замещая)  «испаряющуюся  модель»  из  формы,  занимает освободившееся пространство полости  формы.

Современные  варианты  технологического  процесса  заключаются в следующем.

Разовые пенополистироловые модели изготовляют либо засыпкой в специальные металлические пресс-формы (массовое и крупносерийное производство) суспензионного  полистирола  в  виде подвспененных гранул, либо механической обработкой нормализованных пенополистироловых плит (мелкосерийное,  единичное производство). Сложные модели делают по частям. Отдельные части и литниковую систему соединяют в единый блок склеиванием или сваркой.

Главная  особенность  способа  (применение  неразъемной  формы)  определяет его основное преимущество для  качества готовых отливок  —  повышение  точности  отливок  благодаря  сокращению числа частей формы, стержней, а следовательно, и возможных искажений конфигурации и размеров отливок, связанных с изготовлением  и  сборкой  этих элементов  формы.  Точность  отливок  при литье по газифицируемым моделям в песчаные формы без связующего  и  с  ним  характеризуется  ГОСТ  ГОСТ 53464-2009 идентично точности отливок, получаемых в кокиль или в облицованный  кокиль  со  стержнями.  Отливки  с  размерами  до  500  мм могут иметь точность от 7-го до  12-го класса по ГОСТ 53464-2009.  Шероховатость поверхности Rz = 25... 10 мкм.

Кроме того, способ позволяет существенно снизить затраты и сократить время процесса, особенно в мелкосерийном и единичном производстве средних и крупных отливок. К настоящему времени областями применения литья по газифицируемым моделям являются следующие:

• изготовление средних и крупных массивных отливок в условиях опытного и мелкосерийного производства;

•  изготовление сложных отливок массой до 50 кг с повышенной точностью размеров в условиях серийного и крупносерийного производства из черных и цветных сплавов.  К таким отливкам можно отнести, например, отливку типа «блок  цилиндров»  для автомобильного двигателя.




Выбор технологии производства отливок



Из анализа технологий рассмотренных в предыдущей главе необходимо подобрать наиболее экономичный вариант изготовления отливки с получением максимального качества детали с пониженным уровнем брака.

Вариант технология литья по вплавляемым моделям позволяет получить высокую точность детали и минимальный припуск на обработку. Но при таком  способе изготовления отливки есть ограничение по массе. Отливки большой массы нерационально изготавливать по такой технологии. Также, согласно чертежам деталей, нет необходимости в такой точности и шероховатости поверхности. Минимальный класс точности детали согласно чертежа – 10.

При литье по выплавляемым моделям необходимо дополнительно заказывать пресс-форму для изготовления восковой модели, на которую впоследствии будет наноситься суспензия. В таком случае возрастет соответственно и стоимость отливки.

Для изготовления модельного состава необходимо наличие дополнительного оборудования для его приготовления. Необходимо отделения для изготовления модели, которое должно быть изолированы от зоны плавления и заливки.

Таким образом, изготовления отливки 10 – 12 класса размерной точности и массы до 200 кг нецелесообразно методом литья по выплавляемым моделям. Отливки такой большой массы производят методом литья в песчаную форму и себестоимость отливки полученной в песчаной форме гораздо ниже.

Литье в металлическую форму в таком случае тоже использовать нерационально в связи с высокой стоимостью кокиля. Также кокиль при литье стальных отливок имеет более низкий срок службы чем при литье цветных сплавов, температура заливки которых ниже чем у стали и чугуна.

Литье в металлическую форму позволяет получить более мелкозернистую структуру и высокие механические свойства, но связано с рядом трудностей. При таком способе получения стальной отливки возможно кристаллизация расплава до момента окончания заливки, что может привести к дефекту называемому недоливом. Для предотвращения необходим предварительный прогрев формы. Также при таких высоких температурах (порядка 1600 °С) форму необходимо изготавливать из дорогостоящих жаропрочных сплавов, что приводит к необоснованному удорожанию формы и скажется на себестоимости отливки.

При таких требованиях к отливки использование этого метода скажется на цене отливки и приведет к трудностям выхода на существующий рынок. Исходя из этого необходимо отказаться от применения дорогих металлических форм при изготовлении отливок представленных в  производственной программе.

При использовании процесса литья в оболочковые формы, согласно данным представленным выше, наиболее экономичным является изготовление отливок массой от 50 – до 80 кг. Также такой процесс легко подается автоматизации и механизации, что рационально при массовом и крупносерийном производстве с ограниченной номенкулатурой отливок. Проектируемое в данной работе предприятие должно удовлетворять текущие потребности рынка и бить гибким, т.е. иметь возможность изготовления отливок разнообразной конфигурации и разной серии. В таком случае необходима перенастройка оборудования под каждую отливку, что приведет к технологическим простоям. Также, несмотря на возможность изготовления отливок массой до 300 кг. таким методом, изготовление отливки крупной массы будет менее экономично. В случае необходимости перехода на другие отливки в условиях меняющегося рынка это нерационально. В случае если потребность отливок массой до 100 кг сократиться, но потребность отливок массой от 100 до 200 кг возрастет, то производство с такой технологией может стать не рентабельным. Переход на такой процесс возможен, если будет возможность изготовления ограниченной номенкулатуры отливок и будет постоянный заказ на них, т.е. при наличии долгосрочного договора с заказчиком на поставку определенного количества отливок в год.

Таким образом для представленной производственной программы остается один способ изготовления отливки – методом литья в песчаную форму. Но при у этого метода также имеется множество разновидностей.

Литье в песчано-глинистую форму не обеспечит требуемой точности отливок и увеличит расход металла на припуски. Получение данным методом позволит получать дешевые отливки с низким качеством.

Для получения отливок с классом точности до 9 в песчаных формах используют более современные технологии. Способы изготовления отливок в песчаные формы классифицируется по связующей композиции. Классификация представлена в табл.1.

Все процессы, с использованием качестве катализатора процесса отверждения газа и, соответственно, способа отверждения – продувки, характеризуются высоким технологичными свойствами, позволяют проводить процесс отверждения непосредственно перед заливкой, позволяют получать высокие прочностные свойства стержней и форм, обладают высокой газопроницаемостью и живучестью. Но при этом обладают высокой токсичностью и взрывоопасностью катализаторов. Например, катализатор Cold-box-amin-процесса токсичен и взрывоопасен, требует особых условий хранения и транспортировки.

Таблица 1. Технологии изготовления песчаных форм

Процесс

Связующие 

Отвердитель 

Способ отверждения 

Продукт твердения 

Cold-box-amin-

Безводная бензилэфирная (фенолформальдегидная) смола

Изоцианат

Газофазная продувка (амин) просушенный воздух

Полиуретан  

Epoxy – SO2

Эпоксидная (эпоксикрилатная) смола

Органический пероксид

Газофазная продувкаSO2 просушенный воздух

Эпоксидный полимер

Альфа-сет

Феноло– формальдегидные смолы

Жидкие ацетаты глицерина или этиленгиколь, гамма битолактон или пропиленкарбонат

Перемешивание 

Резит 

«Бетта - сет»

Феноло– формальдегидные смолы

метилформиат



Газофазная продувка аэрозоль или пары метилформиата в сжатом воздухе

Фенольный полимер

СО2-процесс

Жидкое стекло

СО2

Продувка СО2

Силикагель и высокомодульные формы натриевых силикатов

Hot-box-процесс

Карбамидо- и фенолофурановые смолы  





Водный раствор азотнокислой меди 



Нагрев 220-2400С

Фурановый полимер









Фенолфомальдегидные смолы

Кислые соли



Фенольный полимер

V-процесс

Вакуум

отсутствует

Вакуумирование







Таблица 2. Технологические парметры некоторых процессов литейного производства

Процесс

Состав смеси

Тип реакции отверждения

Особенности технологического оборудования

Технологические праметры

Достоинства и недостатки

COLD-BOX-AMIN

Связующее: Комп. А – 1%

Комп. В – 1%

Отв:

5 – 10% от количества компонента А.





Требуется специальное продувочное устройство; Необходима вентиляция рабочей зоны; Требуется нейтрализация катализатора.

Преимущества: Высокие технологические, экологические и экономические показатели; отсутствует эрозия стержневой оснастки; высокая производительность.

Недостатки: Повышенные требования к качеству песка, содержанию влаги в песке и воздухе; токсичность и взрывоопасность катализатора.

Фуран-SО2

1,4-2,2 % - фурановая смола;

0,5-1,1 % - органический пероксид.

поликонденсация с выделением воды.

живучесть -24 ч;

прочность на разрыв, МПа после продувки/ 24 ч - 1,0...1,5 / 1,5...1,8.

требуется герметизация стержневого ящика и специальное продувочное устройство;

необходимы газогенератор и нейтрализатор.

Преимущества: хорошие технологические свойства, высокая механическая прочность стержня.

Недостатки: сильное налипание связующего на оснастку; недостатки, связанные с применением SO2 - токсичность, химическая агрессивность (проблемы транспортировки, хранения и использования).

Эпокси-SO2

0,6-0,8 % - модифицированная эпоксидная смола, смешанная с органиче-ским пероксидом;

0,6-0,8 % - эпоксидная смола, смешанная с акрилатом; газообразный катализатор - разбавленный воздухом или азотом SO2.

радикальная полимеризация.

живучесть -24 ч; прочность на разрыв МПа, после продувки / 24 ч - 1,5...1,8 / 2,5...3,0

требуется герметизация стержневого ящика и специальное продувочное устройство;

необходимы газогенератор и нейтрализатор;

Преимущества: отсутствие литейных дефектов: ситовидной пористости и газовых ра-ковин; низкая газотворность; высокая живучесть и выбиваемость.

Недостатки: недостатки, связанные с применением SO2 - токсичность, химическая агрессивность (проблемы транспортировки, хранения и использования).

Betaset

1,5-2,5 % - водорастворимая щелочная смола;

газобразный катализатор – метилформиат.

поликонденсация с выделением метанола и натрийформиата.

живучесть - 3 - 4 ч;

прочность на разрыв, МПа, после продувки / 24 ч - 0,6...1,0 / 1,2...1,5.



необходимость в тщательной герметизации стержневого ящика и наличии нейтрализатора зачастую отсутствует;

необходим газогенератор

Преимущества: низкая токсичность метилформиата; высокое качество отливок.

Недостатки: возможность потери прочности при хранении "перепродутого" стержня; низкая прочность стержня.

Аlphaset

1,3-2,0 % - водорастворимый щелочной фенолформальдегидный олигомер;

0,3-0,6%- жидкий отвердитель - композиция на основе сложного эфира.

Полимеризация.

живучесть - 7-40 мин.;

прочность на разрыв, МПа, , после отверждения / 24 ч -0,6...0,8 / 0,9...1,2.

Для приготовления стержневой смеси, как правило, используется специаль-ный высокоскоростной шнековый смеситель непрерывного действия.

Преимущества: разработан ряд отвердителей, определяющих скорость отверждения - от "медленных" до "быстрых"; низкое содержание азота и серы; низкие требования к содержанию влаги и температуре песка; низкая токсичность.

Недостатки: высокая вязкость стержневой смеси; невысокая прочность.



В таблице 2 представлены технологические параметры некоторых процессов литейного производства. Из анализа которой, можно заключить что: cold-box-amin-процесс и процессы с использованием SO2 вызывают проблемы с безопасностью рабочих и условиями хранения катализаторов и отвердителей.

Alphaset-процесс не требует особых условий хранения и транспортировки связующего, но  в составе смолы присутствует свободный формальдегид, который также оказывает негативное воздействия на организм человека.

Использование hot-box-процеса требует подогрева смеси для отверждения, что сопряжено с высокими энергетическим затратами. Также для данного процесса требуется дорогостоящая металлическая оснастка, что неоправданно скажется на себестоимости отливки. При этом экологическая обстановка на участке формовки и заливки такая же как и при остальных процессах. Точность изготовления стержней и форм уступает точности cold-box и Эпокси-SO2.

V-процесс или процесс вакуум-пленочной формовки требует наличия специальных опок и модельных плит с возможностью создания разреженного давления в форме.

Таким образом, для данного проектируемого цеха наиболее оптимальным вариантом изготовления отливки является Alphaset-процесс. При таком способе изготовления отливки возможно использовать менее дорогостоящую пластиковую или деревянную оснастку, нет необходимости в особых условиях хранения и транспортировки связующего и катализатора. Технологический процесс достаточно прост и не требует особого технологического оборудования кроме шнекового смесителя. Имеется возможность автоматизации процесса изготовления формы. В качестве наполнителя можно использовать недорогой кварцевый песок. На рынке разработаны различные составы отвердителей, позволяющих контролировать время отверждения формовочной смеси.




Технологическая схема изготовления отливки



Для проектирования и компоновки оборудованием цеха необходимо рассмотреть технологическую цепочку изготовления отливки.

Процесс изготовления отливки представлен на рис. 1.



Рисунок 1. Схема изготовления отливки литьем в песчаную форму

Изготовление моделей и стержневых ящиков производится в отдельном подразделении цеха на станках с ЧПУ.

Далее модели и стержневые ящики попадают в формовочное отделение цеха, где осуществляется процесс формовки. Изготовление стержней может производиться на отдельной формовочной линии либо на специальном стержневом автомате. Стержневой автомат имеет ограничение по габаритным размерам стрежней.

Формовка полуформ осуществляется на вибростоле. Для улучшения качества формовки полуформы рекомендуется использовать пневмотрамбовки.

После формовки готовые полуформы поступают  на участок сборки. Верхняя плуформа переворачивается с помощь крана. В нижнюю полуформу проставляются стержни. Внутренняя поверхность формы, которая формирует поверхность отливки и в процессе заливки контактирует с расплавленным металлом, окрашивается. Затем накрывается верхней полуформой и собранная опока поступает на заливочный плац.

Для заливки металла необходимо подготовить расплав. Плавление происходит в плавильном отделении цеха. Для проведения плавки в плавильное отделение с шихтового двора или со склада шихтовых материалов поставляется подготовленная шихта.

В зависимости от емкости печи и массы металлозавалки, шихта может загружаться в печь с помощью крана или вручную. При ручном способе загрузки масса кусков шихтовых материалов не должна превышать 60 кг. Загрузка краном металлических материалов может осуществляться с помощью магнитной шайбы. Флюсы и ферросплавы в таком случае загружаются в специальных корзинах.

После расплавления жидкий металл сливается в ковш. При этом с поверхности металла убирается шлак, что бы предотвратить его попадание в полость формы.

Пред заливкой металла ковш должен быть предварительно прогрет до температуры 700 – 900 °С. Подогрев ковша осуществляется в зоне разогрева ковшей газовой горелкой. Легковоспламеняющиеся материалы должны быть удалены от зоны разогрева.

Поскольку разогрев ковша осуществляется газовыми горелками, то предприятие должно иметь газовое хозяйство. Помещения, где природный газ используется в качестве топлива, производится его транспортировка и хранение, должны иметь повышенный класс пожароопасности и оснащены в соответствии с действующими нормами эксплуатации природного газа.

После слива жидкого расплава из печи, ковш с расплавом транспортируется на заливочный плац. Транспортировка осуществляется мостовым краном. Грузоподъемность крана не должна быть меньше массы заполненного расплавом ковша.

Разливка осуществляется в заранее подготовленные формы специалистами литейщиками, которые прошли медицинское освидетельствование, аттестацию по технике безопасности и допущены к выполнению работ с жидким расплавом.

После заливки формы должны охладиться до температуры 300 – 400 °С. Охлаждение производиться порядка 5 – 10 часов согласно технологической карте отливки. После охлаждения отливка подается на выбивную решетку, где происходить отделение формовочной смеси. С выбивной решетки формовочная смесь поступает на регенерацию, а отливка отправляются на финишную обработку.

После выбивки отливки из формы необходимо удалить пригоревшую смесь. Данный процесс производится в дробеметных камерах

На этапе финишной обработке производится отрезка элементов литниковой от отливки. Эта операция производится с помощью болгарок и дисковых пил. Для транспортировки тяжелых отливок на данном участке используется кран-балка. Грузоподъемность кран-балки определяется из максимального веса.......................