Практическое занятие №6

Тема занятия: Расчет оборудования литейного цеха

План занятия: Разобрать принципиальную схему литейного цеха, варианты компоновки основного и вспомогательного технологического оборудования в цехе. Произвести расчеты необходимого оборудования литейного цеха на заданную производительность.

Цель и задачи занятия, умения, навыки и компетенции: Приобретение навыков выполнения компоновочных решений литейного производства и расчета комплекта оборудования

Форма проведения занятия: Решение расчетных задач по представленному образцу, презентация стандартных объемно-планировочных решений литейного производства с использованием раздаточного материала и наглядных пособий

Краткие теоретические сведения

В состав литейного цеха входят:

1 Производственные отделения и участки, к ним относятся: плавильное, формовочно–заливочно–выбивное, смесеприготовительное, стержневое;

2 Вспомогательные участки и отделения, к ним относятся участок навески шихты, участок ремонта ковшей, ремонтные мастерские и различные лаборатории;

3 Склады шихты, опок, стержней, модельной оснастки, приспособлений, инструмента;

4 Службы цеха.

Шихтовые материалы подаются в цех железнодорожным путем. Снабжение цеха формовочными материалами осуществляется с базисного склада системой пневмотранспорта. Воздух поступает с заводской компрессорной станции под давлением 6 атм. Электроэнергия поступает в цех по кабелям от главной понизительной подстанции при напряжении 6 кВ. Системы отопления, водоснабжения, канализации централизованы. Готовые отливки пластинчатым конвейером доставляются в обрубной цех, а отходы производства поступают на шихтовый двор.

Фонды времени работы оборудования и рабочих приведены в таблице 17

Таблица 17 - Режим и фонды времени работы оборудования и рабочих

Наименование отделения	Количество рабочих смен	Фонд времени работы
		Оборудование	Рабочего
Плавильное	2	3890	1820
Формовочное	2	3645
Смесеприготовительное	2	3935
Стержневое	2	3935
Выбивное	2	3935
Термообрубной	2	3975

Исходными данными для проектирования являются: производственная программа, чертежи, спецификации и технические условия на литые изделия. Проектируемый цех является цехом массового производства, с ограниченной номенклатурой отливок. Распределение годовой программы отливок по весовым группам представлено в таблице 18.

Таблица 18 – Распределение годовой программы отливок по весовым группам по данным Карагандинского литейного завода (КЛЗ)

Весовые группы литья (штучный вес отливки, кг)	Количество отливок в год
	наименований	т.	шт.	процент к общему весу литья
4-30	8	10510	839190	88,03
30-100	4	6490	114173	11,97
Итого:	12	17000	953363	100

Металлическая шихта по технологии КЛЗ поступает на участок навески со склада навески шихтовых материалов ж/д вагонами (раз в 15 дней) и с помощью электрических кранов подается в расходные закрома. Набор и взвешивание металлической шихты выполняется специальными мостовыми кранами, оборудованными электромагнитами с изменяющейся подъемной силой и тензометрическими крановыми весами. Набранная навеска подается в бункерные весы для контрольного взвешивания и регистрации расхода шихтовых материалов. Шихта для индукционных печей взвешивается с помощью таких же крановых весов и загружается в бадью с раскрывающимся днищем, установленную на передаточной тележке. Загруженная бадья мостовым краном подается к электротележке, а электротележкой передается к тигельным индукционным печам. В печи шихта загружается консольными передвижными кранами, которые устанавливают бадью с шихтой над тиглем индукционной печи и раскрывают ее днище. Формовочное отделение цеха снабжено одной комплексной автоматической линией типа Л651 рисунок 24. Линия создана на базе одной многопозиционной формовочной установки с “ плавающей” модельной оснасткой и роликовыми конвейерами.

Линия разделена на четыре самостоятельных участка: формовки, выбивки, транспортировки на заливку и охлаждение, формовочной установки.

Технологический цикл изготовления отливок включает следующие операции: последовательную формовку верхних и нижних полуформ, фрезерование литниковой чаши в верхней полуформе, кантование верхней полуформы, сборку формы, установку форм на поддон и нагружение грузами, заливку, снятие грузов и уборку поддонов, охлаждение, выдавливание кома, передачу кома на выбивку и отделение отливок от смеси, разъединение комплекта опок, очистку внутренних поверхностей опок от остатков смеси, кантование нижней опоки и подачу опок на формовку.

Формовочная установка обеспечивает предварительное встряхивание с последующим одновременным встряхиванием и дифференциальным прессованием. Применение до восьми комплектов «плавающей» модельной оснастки расширяет возможность изготовления мелких серий отливок и повышает технологическую гибкость линии. Предусмотрена также возможность установки литниковой чаши в формах в трех различных местах.

1 – сталкиватель; 2 – пресс выбивки; 3 – съемщик залитых форм; 4 – выбивная решетка; 5 – стол подъемный; 6 – распаровщик; 7 – механизм очистки опок; 8 – кантователь опок низа; 9 – механизм сборки; 10 – дозатор; 11 – пресс дифференциальный; 12 – кантователь полуформ; 13 – механизм вытяжки; 14 – кантователь моделей; 15 – тележка передаточная; 16 – кантователь полуформ верха; 17 – сборщик форм; 18 – перекладчик грузов и поддонов; 19 – механизм очистки поддонов; 20 – стол поворотный; участки линии: I – формовки; II – сборки форм; III – заливки; IV – охлаждения; V – выбивки.

Рисунок 24. Типовая планировка комплексной автоматической линии Л651 на примере литейного цеха №2 КЛЗ

Дистанционное управление линией осуществляется с центрального пульта и вспомогательных пультов, расположенных на участках. Режимы работы линии - наладочный, автоматический. Характеристика линии представлена в таблице 19.

Таблица 19 – Техническая характеристика линии типа Л651

Параметр	Л651
Размеры опок в свету, мм	1200Х1000
Высота опок, мм	400
Производительность цикловая, форм/ч	80
Средняя масса отливок, кг	50
Число рабочих, обслуживающих линию в одну смену	5
Давление прессования, МПа	до 1,6
Скорость перемещения форм по роликовым конвейерам: на ветке охлаждения, м/мин на сборке и заливке, м/мин	6,3 13,2
Расход формовочной смеси, м3/ч	160
Рабочее давление в гидросистеме, МПа	6,3
Подача насосной станции (200Х8), л/мин	1600
Расход сжатого воздуха, м3/мин	650
Количество масла, заливаемого в гидросистему, л	9000
Установленная мощность, кВт	585
Габаритные размеры линии, мм	96340*27100*5820
Масса поставляемого комплекта оборудования, т	900

Применяем изготовление стержней из холодно твердеющих смесей (ХТС). Эти стержни отличаются высокой прочностью и точностью, легко удаляются из отливок при выбивке форм. Для изготовления стержней применяют деревянные стержневые ящики, окрашенные эпоксидными красками. ХТС приготовляют и сразу же выдают в ящик шнековыми смесителями, установленные у рабочих мест в стержневом отделении. При формовке стержней смесь уплотняют в ящике в помощью вибростола. Совокупность всех операций выполняют на комплексно-механизированной линии Л40Х рисунок 25.

1 – смеситель; 2, 3, 6, 7, 9 – роликовые конвейеры; 4 – штанговый конвейер; 5 – камера очистки сушильных плит; 8 – поворотно-вытяжная машина; 10 – вибростол; 11 – стол передаточный; I, II – участок отделки и отверждения стержней; III – участок кантования и вытяжки стержней; IV – участок съема стержней; V – участок очистки сушильных плит.

Рисунок 25. Типовая планировка стержневой линии Л40Х на примере литейного цеха №2 КЛЗ

Характеристика стержневой комплексно-механизированной линии Л40Х представлена в таблице 20

Таблица 20 – Техническая характеристика стержневой линии Л40Х

Параметр	Л40Х
Наибольшая масса стержней, кг	40
Наибольшие размеры стержневого ящика, мм:	800*630*495
Производительность цикловая, съемов/ч	50
Расход стержневой смеси, м3/ч	1,5
Рабочее давление в гидросистеме, МПа	4
Расход сжатого воздуха, м3/ч	51,5
Установленная мощность, кВт	45
Габаритные размеры линии, мм: длина ширина	23000 5180
Масса поставляемого комплекта, т	45

Для изготовления форм на формовочных линиях применяется единая песчано-глинистая формовочная смесь с повышенной прочностью. Состав смеси приведен в таблице 21.

Таблица 21 – Состав и свойства формовочной смеси по данным КЛЗ

Наименование смеси	Количество по массе, %						Основные свойства
	Оборотная смесь (Об1КО25)	Бентонит (БП1Т1)	Уголь гранулированный	Крахмалит (ЭКР)	Кварцевый песок	Содержание активного бентонита	Влажность, %	Газопроницаемость, ед	Предел прочности, · 105 Па
Формовочная единая смесь	88-92	2,6-4,0	1	0,04-0,08	5-7	4,5-5,5	3,5 – 5,0	120	1,2 – 1,4

Процесс приготовления любой песчаной смеси сводится к следующим операциям: отвешивание или отмеривание всех компонентов, включая жидкие крепители и воду, необходимых для получения заданной смеси; загрузка компонентов в определенной последовательности; перемешивание для обеспечения однородности и заданных свойств смесей; доводка формовочных смесей. Для дозирования сыпучих составляющих смеси применяются весовые бункерные дозаторы типа ДПЛ-800-И для песка и оборотной смеси и ДГЛ-50 для глины. Для обслуживания бегунов непрерывного действия дозирование отработанной смеси и песка осуществляется весовым ленточным дозатором непрерывного действия; остальные сухие компоненты дозируются весовыми бункерными дозаторами. Для отмеривания жидких составляющих применяются объемные дозаторы. Единая смесь служит для набивки всего объема формы и применяется при машинной формовке мелких отливок массой до 500 кг. От наполнительной она отличается несколько большим содержанием свежих материалов и добавками. Для изготовления стержней применяется холоднотвердеющая смесь на основе жидкого стекла. Состав стержневой смеси приведен в таблице 22.

Таблица 22 – Состав и свойства стержневой смеси по данным КЛЗ

Наименование смеси	Количество по массе, %			Основные свойства
	Кварцевый песок 1К1О202, либо регенерат с содержанием SiO2 ближе к 99,00%	Жидкое стекло	Жидкий отвердитель (АЦЭГ)	Осыпаемость менее, %	Живучесть, мин	Предел прочности на разрыв, 10 Па
ХТС	94,5	5,0	0,5	3	20	2,5

Процесс приготовления смеси состоит из дозирования всех компонентов смеси, включая жидкие связующие и воду, загрузки их в бегуны в определенной последовательности, перемешивания для обеспечения однородности и заданных свойств готовых смесей. Основным компонентом глинистых формовочных смесей является оборотная смесь, а стержневых - кварцевый песок. Смесеприготовительное отделение выпускает только один вид смеси, но имеется возможность менять ее состав. Для единой формовочной смеси в отделении установлены двое одинаковых смесителей периодического действия с вертикально-вращающимися катками модели 15107, предназначены для приготовления формовочных смесей с большим количеством освежающих добавок рисунок 26.

Рисунок 26. Смешивающие бегуны модели 15107 на примере литейного цеха №3 КЛЗ

Технические характеристики смесителя модели 15107 представлены в таблице 23.

Таблица 23 – Техническая характеристика смесителя 15107

Параметр	Значение
Объем замеса, м3	2,0
Производительность, т/ч	38
Внутренний диаметр чаши, мм	2540
Мощность привода, кВт	75
Габаритные размеры, мм	3850Х3150Х3250
Масса, кг	11000
Высота чаши, мм	1220
Диаметр катка, мм	1015
Ширина катка, мм	380
Частота вращения вертикального вала, об/мин	32,8
Усиление давления катка, кН	0-12

Лопастные смесители непрерывного действия модели 19653 рисунок 27 предназначены для приготовления холоднотвердеющих смесей (ХТС) и заполнения ими литейных форм и стержней в разносерийном производстве отливок.

Рисунок 27. Схема смесителя непрерывного действия для приготовления ХТС модели 19653 на примере литейного цеха №3 КЛЗ

Основным агрегатом лопастных смесителей непрерывного действия является горизонтальный вал, вращающийся в корытообразном желобе-корпусе. При вращении вала лопасти, закрепленные на нем, захватывают перемешиваемые материалы и перемещают их по окружности и вдоль корпуса смесителя. Благодаря постоянному ворошению, перебрасыванию, трению о лопасти и стенки корпуса материалы перемешиваются. Изменением угла установки лопастей и частоты вращения валов обеспечивается подбор режимов практически для всех существующих типов смесей.

Лопастные смесители имеют один или два смешивающих вала в одном корпусе (одножелобные одновальные или одножелобные двухвальные), а также отдельные изолированные желоба для каждого вала при двухвальном исполнении. Преимущество такой компоновки заключается в возможности ускоренного перемешивания многокомпонентных смесей. В каждом из желобов смешиваются не реагирующие между собой компоненты, например, песок и связующее - в одном и песок и отвердитель - в другом. Окончательное смешивание происходит в вихревой головке. Значительно облегчается также последующая чистка смесителя и переход с одного состава на другой. Для очистки вихревой головки от налипшей смеси достаточно двукратной продувки сжатым воздухом через встроенный коллектор.

Технические характеристики смесителя модели 19653 представлены в таблице 24.

Таблица 24 – Техническая характеристика смесителя 19653

Параметр	Значение
Угол поворота плеча, град	240
Радиус действия, мм: наибольший наименьший	2250 1015
Производительность, т/ч	2,5
Мощность привода, кВт	6,93
Габаритные размеры, мм	3745Х700Х3200
Масса, кг	2520

Очистка отливок производится на первой стадии в галтовочном барабане периодического действия модели 41114 рисунок 28. Техническая характеристика приведена в таблице 25.

1 – обечайка барабана; 2 – замок крышки; 3 – цапфы; 4 – опорные подшипники барабана; 5 – редуктор привода барабана; 6 – патрубок подключения пылеотсоса; 7 – скиповый подъемник; 8 – пульт управления барабаном и скиповым подъемником

Рисунок 28. Очистной галтовочный барабан периодического действия модели 41114 на примере литейного цеха №3 КЛЗ

Таблица 25. Техническая характеристика очистного галтовочного барабана периодического действия модели 41114

Параметр	Значение
Объем загрузки, м3	0,8
Наибольшая масса загрузки, кг	1800
Размеры загрузочного окна, мм	1250Х600
Производительность по чугуну, т/ч	2,4
Продолжительность цикла, мин	45
Диаметр цилиндрической части барабана, мм	900
Длина рабочей части барабана, мм	1400
Скорость вращения барабана, об/мин	30
Установленная мощность, кВт	75
Габаритные размеры, мм	3525Х1615Х1490
Вес установки, т	3,82

Очистка производится путем взаимного трения и соударения отливок друг о друга при вращении. Отливки, загруженные в барабан, увлекаются вращающейся поверхностью, поднимаются на некоторую высоту и, свободно перекатываясь по нижележащим отливкам, очищают друг друга — галтуются. При этом для повышения производительности процесса частота вращения барабана выбирается достаточно высокой, но так чтобы центробежная сила не могла нейтрализовать силу тяжести, так как в этом случае процесс очистки прекращается. Для усиления эффекта очистки в барабан вместе с отливками могут загружаться звездочки, отлитые из белого чугуна, которые своими острыми углами дополнительно скребут отливки. Размер звездочек обычно принимают 20-65 мм. Основные узлы: барабан, левая и правая опоры, пылевая коробка, рама, привод, электрооборудование, защитная решетка, скиповый загрузчик, разгрузочная выкатная тележка. Обечайка барабана изготовлена из листа толщиной 25 мм, с торцов закрыта литыми крышками. К крышкам прикреплены пустотелые цапфы, обеспечивающие вентиляцию полости барабана в процессе работы. Для снижения шума наружные поверхности обечайки и крышек покрыты толстолисто вой губчатой резиной, которая предохраняется от повреждения металлическим кожухом из тонкого листа. Крышка загрузочного люка надежно запирается зажимами. На опорах установлены корпуса со сферическими роликоподшипниками, которые защищены от засорения лабиринтными уплотнениями. Цапфы входят в подшипники и позволяют барабану легко вращаться вокруг горизонтальной оси. Привод состоит из электродвигателя, клиноременной передачи, редуктора, открытой зубчатой передачи вращения на цапфу барабана и электромагнитного тормоза. Защитная решетка в поднятом положении блокирует электросхему, не допуская включения привода. В барабане происходит отделение литниковой системы от чугунных мелких и средних отливок. Отливки очищаются от горелой земли и стержней. Отделение литников от стального литья осуществляется электрорезкой. Обрезка литников, выпоров производится воздушно-дуговой резкой. В отличие от газовой она не ухудшает поверхности отливок. Воздушно-дуговая резка значительно улучшает условия труда, снижает трудоемкость. Отливки в обрубном отделении цеха проходят обработку в следующем порядке: предварительная очистка, обрезка и отбивка прибылей, выпоров, термическая обработка, очистка поверхности, разметка и исправление дефектов. При предварительной очистке с отливок удаляют легкоотделяемые формовочную и стержневую смеси, каркасы, а также производится очистка мест отрезки литников и прибылей. Затем отливки подаются на участок обрезки литников и удаление выпоров и легкоотделимых прибылей. Остатки от литников на необрабатываемых поверхностях удаляются заподлицо. Термическая обработка отливок производится по режимам, указанным в инструкциях на термическую обработку отливок. Очистка поверхности отливок от остатков земли и стержней производится в галтовочных барабанах, в очистных барабанах с дробеметной установкой и в очистной дробеметной камере с поворотным кругом. В очистной барабан должны поступать отливки, охлажденные до температуры ниже 60 °С. Загружаемое в очистной барабан литье должно быть примерно одной весовой категории и толщины стенки. Далее очистка отливок осуществляется в очистных дробеметных барабанах модели 42223 для мелкого и среднего литья. Техническая характеристика барабана приведена в таблице 26.

Таблица 26 – Техническая характеристика дробеметного барабана непрерывного действия модели 42223

Параметр	Значение
Наибольшая масса очищаемой отливки, кг	100
Габариты, мм	5000Х4500Х5000
Производительность по чугуну, т/ч	2,0÷5,6
Количество дробеметных аппаратов, шт	2
Масса загрузки, кг	800
Объем загрузки, м3	0,3
Мощность, кВт	36,4
Масса, т	17

Далее отливки подвергаются искусственному старению в камерных термических тупиковых печах с выдвижным подом рисунок 29. Технические характеристики камерной термической тупиковой печи с выдвижным подом представлены в таблице 27.

Способы компоновки вышеуказанных агрегатов и технологических линий весьма разнообразны. Например, планировка типового цеха чугунного литья в оболочковые формы мощностью 5000…7000 т/год приведена на рисунке 30. Цех предназначен в основном для выпуска отливок массой до 10 кг сериями 5000…50000 шт./год

1 – тележка выдвижного пода; 2 – экран выдвижного пода; 3 – установка вентиляторная; 4 – каркас камеры; 5 – экраны камеры; 6 – нагреватели; 7 – футеровка камеры; 8 – плита; 9 – футеровка выдвижного пода; 10 – конечные выключатели; 11 – токоподвод; 12 – соединение контактное; 13 – система водоохлаждения вентилятора.

Рисунок 29. Электропечь сопротивления каменная с выдвижным подом на примере термообработочного цеха КЛЗ

Таблица 27 – Техническая характеристика камерной термической тупиковой печи с выдвижным подом модели ТДО-45.100.28/11-160

Параметр					Значение
Размеры рабочего пода, мм				А	4520
				Б	9976
Высота рабочего пространства печи, мм					2800
Размеры загрузочных окон, мм					2200Х4640
Условная площадь пода, м2					45
Максимальная масса садки, m					160
Производи-тельность, т/ч		При закалке, отжиге и нормализации			5,850
		При отпуске			4,500
		При старении			2,250
Число горелок (форсунок)					24
Наибольший расход топлива		Природный газ, м3/ч			560
		Мазут, кг/ч			450
Поверхность нагрева рекуператоров, м2					42
Установленная мощность электродвигателей, кВт					4
Расход основных материалов для сооружения, m	Всего		При отборе дыма в боров		625
			При отборе дыма в цех		595
	В том числе металла				159

В торцовом пролете расположен склад 1 шихтовых и формовочных материалов. В первом пролете размещены отделение 2 приготовления плакированной песчано-смоляной смеси, стержневое отделение, ремонтная мастерская 4 и участок 5 грунтовки отливок. Во втором пролете запроектированы плавильное отделение 13 с двумя вагранками производительностью 3 т/ч, отделение 11 для изготовления и сборки оболочковых форм и отделение 8 очистки и обрубки отливок. В конце этих двух параллельных пролетов расположен склад 7 готовых отливок, а за его стеной бытовые помещения 6.

Учитывая, что цехи литья в оболочковые формы организуют в основном на заводах, имеющих другие литейные цехи и располагающих базисными складами, емкость цехового склада шихты и формовочных материалов рассчитана на десятидневный запас. Плакированная смесь подается к машинам для изготовления оболочковых форм и стержней пневмотранспортом. Стержни от машин на сборку транспортируются подвесным толкающим конвейером 9 с автоматическим прессованием.

Заливка форм запроектирована на подвесном конвейере 12 без засыпки с горизонтальным расположением форм на площадках конвейера, покрытых песчаной постелью. Длина конвейера 160 м, шаг подвесок 1,5 м, время охлаждения залитых форм на конвейере 30 мин. Выбивка отливок предусмотрена на выбивной решетке с перфорированной плитой. Отливки, остатки оболочки и песок от постели проваливаются на пластинчатый конвейер, находящийся в туннеле. Охладившиеся отливки поступают на очистку, обрубку, после чего грунтуются. Песок от перегоревшей оболочки и от постели пневмотранспортом передается в бункер 10, из которого используется для подсыпки на площадки конвейера.

При выпуске 7000 т/год отливок технико-экономические показатели цеха следующие:

Выпуск отливок, т/год:

-с 1 м² общей площади цеха 1,8

-на одного работающего 59,8

-на одного рабочего 67,9

Установленная мощность токоприемников на 1 т отливок - 0,2 кВт.

Рекомендации по технике безопасности. Процесс заливки металла в оболочковые формы сопровождается выгоранием смолы, в результате чего идет интенсивное газообразование. При этом выделяются не только пары фенола и окись углерода, но и промежуточные продукты термического распада смолы, различные углеводороды, в том числе бензопирен 3,4, относящийся к веществам, способным вызывать тяжелые заболевания. Наблюдается увеличение выделения окиси углерода при заливке оболочковых форм в опорном материале (в песке или дроби). Оздоровлению условий труда при производстве литья в оболочковые формы способствует устройство приточно-вытяжной вентиляции с местными отсосами от оборудования для приготовления песчано-смоляной смеси, изготовления и склеивания оболочек, от мест заливки и охлаждения форм [29, 30].

Интенсивность отсоса воздуха должна быть (м³/ч) не менее: от многопозиционного карусельного автомата для изготовления оболочковых форм 20000; от пресса для склеивания полуформ 3000; при заливке форм металлом 2000 на каждый метр длины участка заливки; от выбивной решетки до 10000 на 1 м² площади решетки.

Примеры решения задач к практическому занятию

Исходные данные:

Рассчитать оборудование литейного цеха исходя из приведенной годовой производственной программы.

Таблица 28 – Годовая программа цеха №2 КЛЗ

Наименование детали	Марка сплава	Вес детали, кг	Годовая программа			Технологические отходы*			Требуется залить в год
			%	т	шт.	%	т	шт.	т	шт.
1. Блок	СЧ20	19	18	3060	161053	2	61,2	3222	3121,2	164275
2. Вкладыш	СЧ20	80	18	3060	38250	2	61,2	765	3121,2	39015
3. Крышка люка	СЧ20	75	3	510	6800	2	10,2	136	520,2	6936
4. Муфта	СЧ20	43	5	850	19768	2	17	396	867	20164
5. Втулка цилиндровая	СЧ20	25	10	1700	68000	2	34	1360	1734	69360
6. Диск подвижный	СЧ20	4,5	8	1360	302223	2	27,2	6045	1387,2	308268
7. Диск малый подвижный	СЧ20	19	5	850	44737	2	17	895	867	45632
8. Диск малый неподвижный	СЧ20	17,5	11	1870	106858	2	37,4	2138	1907,4	108996
9. Диск большой подвижный	СЧ20	24,5	7	1190	48572	2	23,8	972	1213,8	49544
10. Круг барабана	СЧ20	8,85	4	680	76837	2	13,6	1537	693,6	78374
11. Втулка нажимная	СЧ20	11	2	340	30910	2	6,8	619	346,8	31529
12. Корпус	СЧ20	31	9	1530	49355	2	30,6	988	1560,6	50343
Итого				17000	953363		340	18917	17340	972436

^* - технологические отходы на формовку

Время оборота ковша на технологической линии – 3 часа

Производительность формовочной линии – 80 шт./час

Производительность стержневой линии – 50 шт./час

Производительность смесителя - 38 т/час

Производительность галтовочного барабана – 2,4 т/час

Производительность дробеметного барабана – 3,7 т/час

Производительность печи термообработки – 2,25 т/час

Решение:

Рассчитаем баланс металла и приведем его в таблице 29

Таблица 29 – Баланс металла

Наименование детали	Годное литье		Технологические отходы**		Угар и потери		Жидкий металл		Металлозавалка
	%	т/год	%	т/год	%	т/год	%	т/год	%	т/год
1. Блок	75	3060	23	938,4	2	81,6	98	3998,4	100	4080,0
2. Вкладыш	77	3060	21	834,6	2	79,5	98	3894,5	100	3974
3. Крышка люка	76	510	22	147,6	2	13,4	98	657,6	100	671
4. Муфта	74	850	24	275,7	2	23	98	1125,7	100	1148,7
5. Втулка цилиндровая	72	1700	26	613,9	2	47,2	98	2313,9	100	2361,1
6. Диск подвижный	73	1360	25	465,8	2	37,3	98	1825,8	100	1863,1
7. Диск малый подвижный	77	850	21	231,8	2	22,1	98	1081,8	100	1103,9
8. Диск малый неподвижный	74	1870	24	606,5	2	49,5	98	2477,2	100	2527
9. Диск большой подвижный	71	1190	27	452,5	2	33,5	98	1642,5	100	1676
10.Круг барабана	75	680	23	208,5	2	18,1	98	888,5	100	906,6
11. Втулка нажимная	76	340	22	98,5	2	9	98	438,4	100	447,4
12. Корпус	72	1530	26	552,5	2	42,5	98	2082,5	100	2125
Итого		17000		5426,3		457		22426,8		22883,8

^** - технологические отходы на заливку

Расчет количества печей

Расчет плавильных агрегатов проводим по жидкому металлу. Количество печей на годовую программу рассчитываем по формуле принятой на КЛЗ:

(133)

где:

n – количество печей, шт;

Q – потребное количество жидкого металла, т/г;

kн – коэффициент неравномерной потребления жидкого металла, равный для серийного и мелкосерийного 1,1-1,3;

ФД – действительный годовой фонд работы печи (таблица 17), ч;

q – производительность печи (таблица 30), т/ч.

Исходя из данных таблицы 30 принимаем для плавки чугуна СЧ20 − 3 печи ИТЧ-10.

Таблица 30 – Технические характеристики индукционных печей для получения чугуна

Тип плавильной печи	Вместимость печи, т	Мощность печи по трансформатору (преобразователю), кВт	Частота тока, Гц	Расчетная скорость плавки (перегрев на 100°С), т/ч
ИТЧ-1	1,0	400	50	0,6
ИТЧ-2,5	2,5	1000	50	1,7
ИТЧ -6,0	6,0	1600	50	2,7
ИТЧ -10	10,0	2500	50	2,94
ИТЧ-21	31,0	5600	50	11.3
КТЧ - 31	31,0	7100	50	14,2
ИТЧ - 60	60,0	20000	50	33,6

Расчетное количество печей ИЧТ-10 по формуле принятой на КЛЗ:

Коэффициент загрузки плавильного оборудования обеспечивает нормальную работу плавильного отделения, kЗ = 0,7-0,85

(134)

где:

n1 – количество оборудования, полученное по расчету, шт.;

n2 – количество оборудования, принятое в проекте, шт.

.

Возле печей устанавливаем миксеры для выравнивания металла по химическому составу и для выдержки металла применяем три индукционных канальных миксера ИЧКМ-10 для сплава СЧ20 технические характеристики, которых приведены в таблице 31.

Таблица 31 Технические характеристики индукционных канальных миксеров промышленной частоты для выдержки чугуна

Тип канального миксера	Вместимость, т	Мощность по трансформатору; кВт	Расчетная скорость перегрева на 100°К, т/ч
ИЧКМ-2,5	2,5	-	7
ИЧКМ-4	4	-	14
ИЧКМ-6	6	-	14
ИЧКМ-10	10	500/1000	29/58
ИЧКМ-16	16	500/1000	29/58
ИЧКМ - 25	25	1000/2000	55/110
ИЧКМ - 40	40	1000/2000	55/110
ИЧКМ - 60	60	2000/4000	115/230
ИЧКМ -100	100	2000/4000	115/230

Расчет количества ковшей

Для транспортировки жидкого металла применяем барабанные ковши. Количество ковшей определяем по формуле принятой на КЛЗ:

(135)

где:

Q - годовое количество жидкого металла, т; t - время оборота ковша , ч;

Тд - действительный годовой фонд времени работы участка, ч;

Р - емкость ковша, т. (принимаем ковш емкостью 2,47 тонн)

Запас ковшей – 55% от расчетного количества

Расчеты приведены в таблице 32.

Таблица 32 – Расчет ковшей

Наименование ковшей	Расчетное количество ковшей	Количество ковшей находящихся в ремонте	Всего ковшей
Чайниковый ковш	7	4	11

Программа формовочного отделения

Программа формовочного отделения представлена в таблице 33.

Таблица 33 – Программа формовочного отделения.

Наименование отливки	Марка сплава	Число деталей в год, шт.	Масса		Внутренний размер опоки с высотой 400 мм	Число отливок в форме, шт.	Число форм в год, шт.
			Одной отливки, кг	На программу, т.
1. Блок	СЧ20	164275	19	3998,4	1200Х1000	7	23468
2. Вкладыш	СЧ20	39015	80	3894,5	1200Х1000	1	39015
3. Крышка люка	СЧ20	6936	75	657,6	1200Х1000	1	6936
4. Муфта	СЧ20	20164	43	1125,7	1200Х1000	4	5041
5. Втулка цилиндровая	СЧ20	69360	25	2313,9	1200Х1000	4	17340
6. Диск подвижный	СЧ20	308268	4,5	1825,8	1200Х1000	8	38534
7. Диск малый подвижный	СЧ20	45632	19	1081,8	1200Х1000	4	11408
8. Диск малый неподвижный	СЧ20	108996	17,5	2477,2	1200Х1000	6	18166
9. Диск большой подвижный	СЧ20	49544	24,5	1642,5	1200Х1000	4	12386
10.Круг барабана	СЧ20	78374	8,85	888,5	1200Х1000	6	13063
11. Втулка нажимная	СЧ20	31529	11	438,4	1200Х1000	6	5255
12. Корпус	СЧ20	50343	31	2082,5	1200Х1000	4	12586
Итого		972436		22426,8			203198

Расчет количества формовочных линий

Количество формовочных линий рассчитываем по формуле принятой на КЛЗ:

, (136)

где:

n – количество форм в год, шт.;

KН – коэффициент неравномерности (1,2 – 1,3);

ФД – действительный фонд времени работы оборудования, ч/год (таблица 17);

Р – производительность формовочной линии, форм/ч.

шт.

Принимаем одну линию мод. Л651.

Коэффициент загрузки равен КЗ=0,836/1=0,836

Программа стержневого отделения

Расчет объема производства стержневого отделения представлен в таблице 34.

Расчет количества стержневых линий

Количество стержневых линий рассчитываем по формуле принятой на КЛЗ:

, (137)

где:

n – необходимое количество съемов в год, шт. (годовая потребность в стержнях / количество в стержневом ящике 164275 / 2 = 82138) ;

KН – коэффициент неравномерности (1,2 – 1,3);

ФД – действительный фонд времени работы оборудования, ч/год;

Р – производительность стержневой линии, форм/ч.

шт.

Принимаем 2 стержневых линии Л40Х.

Таблица 34 – Объем производства стержневого отделения КЛЗ

Деталь	Годовое число отливок, шт	Стержни			Потребность стержней, шт.			Масса изготовляемых стержней в год, т	Объем, м3	Годовое количество съемов, съемов/ год
		Номер	Масса, кг	Количество в стержневом ящике, шт	На деталь	На годовой выпуск	Годовая с учетом брака и поломки стержней
1 Блок	161053	1	12,4	2	1	161053	164275	2037	1697	82138
		2	4,8	4	1	161053	164275	788,5	657,1	41069
4 Муфта	19768	4	5	4	1	19768	20164	100,8	84	5041
5 Втулка цилиндровая	68000	5	3,5	5	1	68000	69360	242,8	202,3	13872
6 Диск подвижный	302223	6	0,8	10	1	302223	308268	246,6	205,5	30827
7 Диск малый подвижный	44737	7	5	4	1	44737	45632	228,1	190,1	11408
8 Диск малый неподвижный	106858	8	4,5	4	1	106858	108996	490,4	408,7	27249
9 Диск боль. подвижный	48572	9	5,5	3	1	48572	49544	272,5	227	16515
10 Круг барабана	76837	10	2,5	5	1	76837	78374	195,9	163,3	15675
11 Втулка нажимная	30910	11	4,8	4	1	30910	31529	151,3	126,1	7883
12 Корпус	49355	12	16,3	2	1	49355	50343	820,6	683,8	25172
Итого	908313					1069366	1090760	5575	4645	276849

Смесеприготовительное отделение

Определение расхода смесей

Определение годового расхода формовочной и стержневой смесей рассчитано в таблице 35.

Таблица 35 – Расчет формовочной и стержневой смеси по весу отливки

№	Масса отливки, т	Норма расхода смеси, т/т		Общий расход, т
		формовочная	стержневая	формовочная	стержневая
1	3060	10	0,5	30600	1530
2	3060	10,5	-	32130	-
3	510	10,5	-	5355	-
4	850	10,5	0,5	8925	425
5	1700	10,5	0,3	17850	510
6	1360	9,5	0,3	12920	408
7	850	10,5	0,3	8925	255
8	1870	10,5	0,5	19635	935
9	1190	10,5	0,5	12495	595
10	680	10	0,3	6800	204
11	340	10	0,5	3400	170
12	1530	10,5	0,5	16065	765
Итого	-	-	-	175100	5797

С учетом потерь формовочной смеси 10% и стержневой смеси 5% найдем, что объем производства формовочной смеси составит 175100 * 1,1 = 192610 тонн/год, стержневой смеси 5797 * 1,05 = 6086 тонн/год

Расчет смесителей

, (138)

где:

n – необходимое количество формовочной смеси в год, тонн.;

KН – коэффициент неравномерности (1,2 – 1,3);

ФД – действительный фонд времени работы оборудования, ч/год;

Р – производительность смесителя, т/ч.

Для производства формовочной смеси на бегунах модели 15107:

шт.

КЗ= =0,773

Для производства стержневой смеси на бегунах модели 19653:

шт.

КЗ= =0,743

Количество бегунов модели 15107 для производства формовочной смеси равно 2; модели 19653 для производства стержневой смеси равно 1.

Расчет количества оборудования термообрубного отделения

Количество галтовочных барабанов

, (139)

где:

n – годовая программа отливок с литниками и прибылями, т (таблица 33);

KН – коэффициент неравномерности (1,2 – 1,3);

ФД – действительный фонд времени работы оборудования, ч/год (таблица 17);

Р – производительность галтовочного барабана, т/ч.

шт.

Принимаем 4 очистных галтовочных барабанов периодического действия. КЗ= 2,82/4 = 0,705

Количество дробеметных барабанов:

, (140)

где:

n – годовая программа отливок, т (таблица 28);

KН – коэффициент неравномерности (1,2 – 1,3);

ФД – действительный фонд времени работы оборудования, ч/год;

Р – производительность дробеметного барабана, т/ч.

шт.

Принимаем 2 дробеметных барабана непрерывного действия.

КЗ= = 0,707

Количество печей для термообработки:

, (141)

где:

n – годовая программа отливок, т (таблица 28);

KН – коэффициент неравномерности (1,2 – 1,3);

ФД – действительный фонд времени работы оборудования, ч/год;

Р – производительность печи с выдвижным подом, т/ч.

шт.

Количество печей принимаем 3 штуки, КЗ= = 0,776

Контрольные вопросы:

1. Описать состав литейного цеха

2. Описать производственную программу литейного цеха

3. Описать перемещение материалов в литейном цехе

4. Типовая планировка и технические характеристики комплексной формовочной автоматической линии

5. Типовая планировка и технические характеристики стержневой линии

6. Смешивающие бегуны

7. Очистной галтовочный барабан периодического действия

8. Техническая характеристика дробеметного барабана

9. Техническая характеристика камерной термической тупиковой печи

10. Описать компоновку оборудования в цехе чугунного литья в оболочковые формы

Задания на СРС:

Рассчитать оборудование литейного цеха в соответствии с программой

Таблица 36 – Годовая программа цеха (общее для всех)

Наименование детали	Марка сплава	Вес детали, кг	Годовая программа			Технологические отходы*			Требуется залить в год
			%	т	шт.	%	т	шт.	т	шт.
1. Блок	СЧ20	21			150000	3
2. Вкладыш	СЧ20	90			35000	1
3. Крышка люка	СЧ20	68			5600	1,5
4. Муфта	СЧ20	40			23000	2
5. Втулка цилиндровая	СЧ20	20			64600	2
6. Диск подвижный	СЧ20	3,5			450000	2
7. Диск малый подвижный	СЧ20	17			41500	2,5
8. Диск малый неподвижный	СЧ20	19,5			111000	3
9. Диск большой подвижный	СЧ20	21,5			44000	0,5
10. Круг барабана	СЧ20	7,95			90000	2,5
11. Втулка нажимная	СЧ20	9			33000	2,1
12. Корпус	СЧ20	42			55000	1,1
Итого

^* - технологические отходы на формовку

Таблица 37 – Баланс металла (общее для всех)

Наименование детали	Годное литье		Технологические отходы**		Угар и потери		Жидкий металл		Металлозавалка
	%	т/год	%	т/год	%	т/год	%	т/год	%	т/год
1. Блок	79				2				100
2. Вкладыш	78				2				100
3. Крышка люка	80				2				100
4. Муфта	70				2				100
5. Втулка цилиндровая	70				2				100
6. Диск подвижный	76				2				100
7. Диск малый подвижный	75				2				100
8. Диск малый неподвижный	75				2				100
9. Диск большой подвижный	77				2				100
10.Круг барабана	79				2				100
11. Втулка нажимная	80				2				100
12. Корпус	80				2				100
Итого

^** - технологические отходы на заливку

Исходные данные	вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Время оборота ковша на технологической линии, час	3	2,7	3,2	3,1	4	2,2	1,6	4,5	2,9	3,4
Производительность формовочной линии, шт./час	80	40	20	50	120	24	13	76	90	100
Производительность стержневой линии, шт./час	50	30	10	12	34	22	32	55	60	65
Производительность смесителя, т/час	38	21	29	32	74	60	32	45	49	55
Производительность галтовочного барабана, т/час	2,4	2,2	1,9	3,4	5,0	2,0	2,7	2,9	3,1	1,9
Производительность дробеметного барабана, т/час	3,7	4,5	3,9	2,2	4,0	4,3	3,7	2,8	2,0	3,9
Производительность печи термообработки, т/час	2,2	1,7	2,3	2,6	1,4	1,9	2,1	2,3	1,7	1,5

Рекомендуемая литература:

Основная литература

1. Основы проектирования литейных цехов и заводов / под ред. Б. В. Кнорре. – М.: Машиностроение, 2009. – 376 с.

2. Миляев, А.Ф. Проектирование новых и реконструкция действующих литейных цехов: учеб. пособие. – Магнитогорск: МГТУ им. Г. И. Носова, 2011 . – 410 с.

3. Деменок О.Б., Ходжибергенов Д.Т., Зобнин Н.Н., Ерубай А.А. Проектирование литейных цехов. / Учебно-методическое пособие. - Шымкент: Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауэзова, 2014.- 70 с.

Форма отчетности

Оформление материалов по решению поставленных задач в виде СРС с приложением графического материала, использованного во время практического занятия по заданию преподавателя.