Расчет и проектирование цеха для производства отливок из никелевых сплавов с применением технологии прототипирования при получении моделей мощностью 350 тонн в год

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Исходные данные для проектной части

1.2 Производственная программа цеха

1.3 Выбор технологического процесса

1.4 Выбор технологического оборудования

1.5 Проектирование отделений цеха

1.5.1 Модельное отделение

1.5.2 Отделение изготовления оболочек

1.5.3 Прокалочно-плавильно-заливочное отделение

1.5.4 Термообрубное отделение

1.5.5 Вспомогательные отделения цеха

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Технология изготовления рабочей лопатки 1-ой ступени

2.1.1 Приготовление модельного состава

2.1.2 Изготовление модели

2.1.3 Контроль моделей лопаток

2.1.4 Изготовление литниковой системы

2.1.5 Зачистка модели и сборка блока

2.1.6 Клеймение моделей и блоков

2.1.7 Контроль моделей блоков

2.1.8 Приготовление огнеупорной суспензии на водном связующем

2.1.9 Формирование керамической оболочки

2.1.10 Вакуумно-аммиачная сушка блоков

2.1.11 Удаление модельного состава из блоков

2.1.12 Прокалка блоков

2.1.13 Контроль керамических форм

2.1.14 Подготовка форм к заливке

2.1.15 Аттестация шихты

2.1.16 Подготовка шихты

2.1.17 Подготовка вакуумной установки к работе

2.1.18 Прокалка керамических блоков перед заливкой

2.1.19 Плавка металла и заливка формы

2.1.20 Отбивка керамики

2.1.21 Отрезка отливки от литниковой системы

2.1.22 Контроль марки сплава

2.1.23 Обдувка отливок

2.1.24 Зачистка остатков питателей и промывников

2.1.25 Визуальный контроль

2.1.26 Зачистка дефектов

2.1.27 Травление лопаток на макроструктуру

2.1.28 Контроль макроструктуры

2.1.29 Рентгеноконтроль

2.1.30 Капиллярно-люминисцентный контроль

2.1.31 Подготовка линии «Magnaflux» к работе

2.1.32 Подготовка поверхности отливок и нанесение дефектоскопических материалов

2.1.33 Предварительный контроль дефектов, выявленных КЛК

2.1.34 Рихтовка отливок

2.1.35 Контроль геометрии

2.1.36 Сдача отливок

2.2 Современные технологии в литейном производстве

2.2.1 Расчет литниково-питающей системы

2.2.2 ПолигонСофт

2.2.3 ProCAST

3. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Введение

3.2 Описание конструкции

3.3 Направление модернизации камерной прокалочной печи Н85-В

3.4 Улучшение конструкции загрузочного окна и замена привода дверцы

3.5 Выводы

4. СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Расположение корпуса на территории завода

4.2 Основные показатели проектируемого цеха

4.3 Элементы конструкции проектируемого цеха

4.3.1 Фундаменты под колонны

4.3.2 Колонны

4.3.3 Фундаментные балки

4.3.4 Обвязочные балки

4.3.5 Подкрановые балки

4.3.6 Несущие конструкции покрытия

4.3.7 Несущие ограждающие конструкции покрытий

4.3.8 Гидроизоляционный ковер

4.3.9 Водостоки

4.3.10 Перегородки

4.3.11 Оконные переплеты

4.3.12 Фонари

4.3.13 Полы

4.3.14 Ворота

4.3.15 Лестницы

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ(Бизнес-план)

5.1 Резюме(введение)

5.2 Описание товара и обоснование его выбора

5.3 Оценка рынков сбыта

5.4 Оценка конкурентов

5.5 План маркетинга

5.6 Производственный и финансовый план

5.6.1 Расчет капитальный затрат(инвестиций) на проектируемый цех

5.6.2 Определение численности работающих в проектируемом цехе и фондов заработной платы

5.6.3 Определение общей суммы годовых расходов

5.6.4 Расчет показателей экономической эффективности

5.6.5 Технико-экономические показатели цеха и их анализ

5.6.6 Определение точки безубыточности

6. ОСНОВЫ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

6.1 Факторы, определяющие исход воздействия электрического тока

6.2 Мероприятия по обеспечению электробезопасности

6.3 Требования по охране труда при выплавке жаропрочных сплавов в вакуумных печах

6.4 Защитное заземление электроустановок

6.5 Защитное зануление

Вывод

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Литейное производство - одна из отраслей промышленности, продуктом которой являются отливки, получаемые в литейных формах при заполнении их жидким металлом. Литые детали используются в металлообрабатывающих станках, двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах, электродвигателях, паровых и гидравлических турбинах, прокатных станах, сельскохозяйственных машинах, автомобилях тракторах, локомотивах, вагонах. Значительный объем литых изделий, особенно из цветных сплавов, потребляют авиация, оборонная промышленность, приборостроение. Годовой объем производства отливок в мире превышает 100 млн.т., из которых около 20% приходится на Россию. Методами литья изготавливается до 40% заготовок деталей машин, а в некоторых отраслях машиностроения, например в станкостроении, доля литых изделий составляет 80%.

Перед другими видами металлообработки (обработка металлов давлением, резанием, сваркой) литейное производство имеет преимущество в обеспечении формообразования изделия из металла в жидком состоянии с минимальным силовым воздействием на металл. При этом даже очень сложные формы заполняются самотеком или при силовом воздействии на металл в сотни и тысячи раз меньшем, чем, например, при обработке металлов давлением. По этой же причине литейное производство обеспечивает изготовление изделий сложной формы (например, блоков цилиндров автомобилей) недоступных для других видов металлообработки. Однако обратный процесс затвердевания и охлаждения металла в форме создает проблемы обеспечения качества отливок, что является предметом теории литейных технологий.

Литьем могут быть изготовлены изделия практически любой массы от нескольких граммов до сотен тонн, со стенками толщиной от долей миллиметра до метров. Основные сплавы, из которых изготавливают отливки: серый и высокопрочный чугун (до 75% отливок по массе), углеродистые и легированные стали (свыше 20%) и цветные сплавы (медные, алюминиевые, цинковые и магниевые). Область применения литых изделий будет непрерывно расширяться по мере решения проблем литейной технологии.

В рамках становления в нашей стране рыночных отношений, наиболее важным критерием бесперебойной работы предприятий автомобильной промышленности является гибкий технологический процесс производства, который позволяет в условиях конкуренции и небольшой покупательной способности потребителей продукции обеспечивать жителей страны рабочими местами, получать прибыль, наращивать объем производства путем быстрой переориентации производства на новые виды продукции.

Сегодня к технологиям литейного производства предъявляются очень строгие требования. Наиболее актуальными являются требования к качеству отливок и условиям труда в цехе.

Основная тенденция современного литейного производства заключается в непрерывном росте качества отливок, повышении их геометрической и весовой точности, снижении металлоемкости. Способ получения отливок в обычные сырые песчано-глинистые формы остается наиболее распространенным, особенно в массовом производстве, а в некоторых случаях и единственным. Это объясняется относительно низкой стоимостью, технологической надежностью, возможностью получать отливки любой массы и сложности.

Растет механизация и автоматизация литейного производства. На российских заводах работают десятки автоматических линий отечественного и зарубежного производства.

1. ПРОЕКТНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Исходные данные для проектной части

Исходными данными для дипломного проекта являются:

§ Задание на дипломный проект, утвержденное приказом ректора МГИУ;

§ Материалы, собранные за время прохождения преддипломной практики на ФГУП ММПП «Салют».

1.2 Производственная программа цеха

Производственная программа является основой для проектирования литейного цеха. Расчет производственной программы рекомендуется производить по приведенной программе, для чего в период прохождения преддипломной практики студенты выбирают не менее двадцати представителей отливок средней сложности, разбитых на три весовые группы: мелкого, среднего и крупного литья.

Спецификация отливок-представителей вместе с уточняющими характеристиками представлена в виде таблицы - 1.

Программа выпуска отливок обычно задается в тоннаже - Q т/год.

На основании данных табл.1.1 можно вычислить вес одного комплекта отливок на условное изделие но каждому виду сплава.

q₁^II n₁^II + q₂^II n₂^II +…+ q_k^II n_k^II = q_i^II n_i^II (1)

а также по всем сплавам производственной программы

q^II n^II = q_j^II n_j^II + … + q_j^II n_j^II (2)

Определив полную массу годных отливок, выпускаемых проектируемым литейным цехом в соответствии о заданной программой на условное изделие, можно рассчитать количество комплектов отливок на приведённую программу выпуска продукции.

N = компл.отл./год. (3)

Определим также массу стружки, образующейся при механической обработке отливок,

q_отл = (q_j^II q_j^I), кг (4)

и массу литников и прибылей на отливках

q_лп = (q_j^III q_j^II), кг (5)

где q_j^I - масса отливки в механически обработанном виде, кг;

q_j^II - масса отливка в обрубленном виде, кг;

q_j^III - масса отливки с литниками и прибылями;

n^I - количество отливок на изделие, шт.;

n^II - количество отливок на изделие с учетом запасных частей, шт;

n^III - количество отливок на комплект сучетом запасных частей и брака по вине механического и литейного цехов, шт;

Запасные части берутся в % к n_j^I, а брак - в % к n_j^II

Отсюда:

n_j^II = n_j^I + 0,01S_j * n_j^I = n_j^I(1+0,01S_j) (6)

n_j^III = n_j^II *(1+0,01P_j) (7)

Процент запасных частей назначается индивидуально по каждому виду отливок: S = 0 + 5%

Брак отливок по вине механического цеха обычно не превышает 0,2 - 0,3%. Брак литья зависит от рода сплава и способа изготовления отливок, а также от совершенства технологического процесса изготовления отливок. Брак отливок составляет: при литье алюминиевых сплавов - 3 - 4%; при литье магниевых сплавов - 4 - 5%; при литье медных сплавов - 2 - 4%; при литье стальных отливок - 3 - 5%.

В ряде случаев необходимо учитывать при определении оптимальной мощности литейного цеха объем выпуска продукция для собственных нужд цеха, предприятия и по кооперированным поставкам.

Подетальная спецификация отливок составляется отдельно по каждой марке сплава, поскольку именно марка сплава определяет специфику технологического процесса производства отливок.

Количество отливок, выпускаемых цехом по каждому наименованию, определяется следующим образом:

n = n_j^II * N шт./год. (8)

q = q_j^II * n_j^II * N кг./год. (9)

Исходные технологические данные отдельно по каждой группе по массе рассчитывают и заносят в табл. 1.2.

Таблица 1.1. Подетальная ведомость расчета количества и массы отливок и металлозавалки на годовую программу из сплава ЧС70-ВИ.

№ п/п	Изделие, деталь	Металл	Масса, кг	Габаритные размеры, мм	На изделие	Годовая программа выпуска отливок
			Детали	Отливки	Длина	Ширина	Высота	Штук	Отливок, кг	На изделие	На запчасти	Всего
										Штук	Тонн	%	Штук	Тонн	Штук	Тонн
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
1	Лопатка рабочая 1 ст.	ЧС70-ВИ	2,14	2,64	354	78	86	66	174,24	19338	51,05	2	394	1,04	19732	52,092
2	Лопатка рабочая 2 ст.	ЧС70-ВИ	2,17	2,67	407	89	90	66	176,22	18776	50,14	2	383	1,02	19159	51,154
3	Лопатка рабочая 3 ст.	ЧС70-ВИ	2,4	2,9	453	84	85	66	191,4	17003	40,31	2	347	1	17350	50,315
4	Лопатка рабочая ТНД	ЧС70-ВИ	0,206	0,313	65	60	160	90	28,17	83300	26,07	2	1700	0,532	85000	26,605
5	Лопатка рабочая 1 ст.	ЧС70-ВИ	0,125	0,245	43	64	115	80	19,6	90334	22,14	2	1843	0,45	92177	22,59
6	Лопатка рабочая ТВД	ЧС70-ВИ	0,225	0,305	22	37	188	80	24,4	96236	29,35	2	1964	0,6	98200	29,951
7	Лопатка рабочая 1 ст.	ЧС70-ВИ	0,460	0,490	48	32	145	65	31,85	41865	20,51	2	854	0,42	42719	20,932
8	Лопатка рабочая 2 ст.	ЧС70-ВИ	0,350	0,370	48	32	145	75	27,75	54140	20,04	2	1104	0,41	55244	20,44
9	Лопатка рабочая 3 ст.	ЧС70-ВИ	0,190	0,210	55	30	130	90	18,9	93567	19,65	2	1909	0,4	95476	20,05
10	Блок сопловых лопаток ТВД	ЧС70-ВИ	0,950	1,200	38	180	47	14	16,8	31004	37,20	2	633	0,76	31637	55,872
Итого															350

Таблица 1.2. Исходные технологические данные

	№ детали	Масса отл., кг. (А)	Программа	Число моделей в звене (В)	Число звеньев в блоке.	Число моделей в блоке (Г)	Число модельных звеньев /моделей/ на программу	Число блоков на программу (Д)	Масса модельного состава, кг.
			шт. (Б)	тонн						На одну Модель	На один блок (Ж)	На программу
1	Лопатка рабочая 1 ст.	2,64	19732	52,092	1	1	1	19732	19732	0,660	1,720	33,939
2	Лопатка рабочая 2 ст.	2,67	19159	51,154	1	1	1	19159	19159	0,667	1,760	33,180
3	Лопатка рабочая 3 ст.	2,9	17350	50,315	1	1	1	17350	17350	0,725	2,100	36,435
4	Лопатка рабочая ТНД	0,313	85000	26,605	1	1	6	85000	14167	0,108	1,628	23,064
5	Лопатка рабочая 1 ст.	0,245	92177	22,59	1	1	9	92177	10242	0,101	2,349	24,058
6	Лопатка рабочая ТВД	0,305	98200	29,951	1	1	9	98200	10911	0,102	1,888	20,6
7	Лопатка рабочая 1 ст.	0,490	42719	20,932	1	1	6	42719	7120	0,168	2,212	15,749
8	Лопатка рабочая 2 ст.	0,370	55244	20,44	1	1	6	55244	9207	0,122	1,880	17,309
9	Лопатка рабочая 3 ст.	0,210	95476	20,05	1	1	6	95476	15913	0,103	1,756	27,943
10	Блок сопловых лопаток ТВД	1,200	31637	55,872	3	1	2	10546	5273	0,325	1,662	8,763
Итого		241,6

Таблица 1.2 содержит только исходные технологические данные и использовать их для расчёта числа оборудования нельзя. В этих данных не учтены неизбежные на производстве потери и брак из-за некачественных материалов, ошибок рабочего, неисправности оборудования и других причин. Брак и потери на производстве возмещают путём увеличенного против программы изготовления моделей, форм или отливок по переходам процесса. Для определения числа подлежащих изготовлению моделей, форм и отливок на которое рассчитывают оборудование, вводят коэффициенты технологических потерь:

k = B_n / B,

где B_n - число отливок, форм для моделей, которое необходимо изготовить в данном отделении для выполнения программы и для восполнения брака и потерь; В - число отливок, форм или моделей по программе (без учёта брака и потерь).

Для каждого производственного участка /группы операций/ рассчитывают свой k, учитывающий потери и брак не только этой группы операций, но и всех последующих (табл. 3)

Таблица 1.3. Примерные коэффициенты технологических потерь.

	Группа операций или производственный участок цеха	Технологические потери и брак, %	Коэффициенты технологических потерь
	Изготовление модельных блоков	15	k4 = 1,42
	Изготовление форм	3	k3 = 1,2
	Обжиг форм, плавка и заливка металла	6	k2 = 1,16
	Обрубка, термообработка и отделение отливок	9	k1 = 1,1

Определив k₁ - k₄ составляют ведомость объемов производства для расчёта основного оборудования (табл. 1.4.).

Таблица 1.4. Ведомость объемов производства.

Наименование отливки.	Программа	Число на программу, шт.	Масса модельного состава на программу, кг (Д)	На программу с учетом потерь.
	Шт (А)	Кг (Б)	Модельных звенеьев (В)	Блоков (Г)		Число, шт.	Масса, кг.
						Модельных блоков (Е)	оболочек	Блоков отливок (л)	отливок	Модельного состава	Суспензии	Отливок (И)
Лопатка рабочая 1 ст.	19732	52092	19732	19732	540,75	28019	33623	39003	42903	48193	-	57301
Лопатка рабочая 2 ст.	19159	51154	19159	19159	372,3	27205	32646	37870	41657	47115	-	56269
Лопатка рабочая 3 ст.	17350	50315	17350	17350	10217,69	24637	29594	34294	37724	51737	-	55346
Лопатка рабочая ТНД	85000	26605	85000	14167	20117	20117	24140	28003	30803	32750	-	29265
Лопатка рабочая 1 ст.	92177	2259	92177	10242	14543	14543	17452	20244	22269	34162	-	24849
Лопатка рабочая ТВД	98200	29951	98200	10911	15493	15493	18592	21567	23723	29252	-	32946
Лопатка рабочая 1 ст.	42719	20932	42719	7120	10110	10110	12132	14073	15481	22363	-	23025
Лопатка рабочая 2 ст.	55244	2044	55244	9207	13073	13073	15688	18198	20018	24578	-	22484
Лопатка рабочая 3 ст.	95476	2005	95476	15913	22596	22596	27115	31454	34599	39679	-	22055
Блок сопловых лопаток ТВД	31637	55872	10546	5273	7487	7487	8985	10422	11465	12443	-	61459

Число модельных блоков: Г * k₄

Число оболочек: Г * k₄ * k₃

Число блоков отливок: Г * k₄ * k₃ * k₂

Число отливок: Г * k₄ * k₃ * k₂ * k₁

1.3 Выбор технологического процесса

Основными параметрами, определяющими выбор технологического процесса изготовления отливок, являются:

а) характер производства литой продукции;

б) масса и габаритные размеры отливок;

в) класс точности и чистота поверхности литых деталей;

г) род применяемых в производстве сплавов;

д) вид производственной программы и мощность проектируемого или реконструируемого цеха.

Вариант технологического процесса изготовления отливок выбирают на основании расчета и сравнения ряда показателей: коэффициента использования металла, трудоемкости и себестоимости литейной продукции, определявших рентабельность производства.

Одним из прогрессивных направлений дальнейшего развития литейного производства является его специализация, заключающаяся в создании отдельных производственных потоков для изготовления технологически однородных групп отливок в зависимости от массы, габаритных размеров отливок, марки сплава, объема и типа производства и открывающая широкие возможности, для роста производительности труда, внедрения средств механизации и автоматизации технологических процессов, робототехники, гибких автоматизированных производств и автоматизированных систем управления.

Технологический процесс должен обеспечивать:

1. Стандартное качество отливок в соответствии с ГОСТ и ТУ.

2. Возможность механизации и автоматизации и высокую производительность.

3. Применение по возможности недорогих и недефицитных материалов.

4. Изготовление отливок с применением малоотходных и безотходных технологий при комплексном использовании отходов производства.

5. Здоровые условия труда с исключением тяжёлых ручных операций.

6. Достаточную экономичность, т.е. невысокую стоимость продукции, включая затрату на освоение технологии изготовления отливок, на приспособления, оснастку и т.д.

При обосновании технологического процесса литья необходимо предусмотреть контрольные мероприятия для наиболее раннего выявления брака отливок и снижения затрат на обработку дефектных деталей необходимо предусмотреть контрольные мероприятия для наиболее раннего выявления брака отливок и снижения затрат на обработку дефектных деталей.

1.4 Выбор технологического оборудования

В соответствии с обоснованно назначенным технологическим процессом выбираемое производственное оборудование должно быть:

1. По возможности более производительным и обеспечивать качественное выполнение операций.

2. Более полно загружено по мощности и по времени.

3. Наиболее механизированным и по возможности автоматизированным, должно обеспечивать здоровые условия труда и безопасность.

4. По возможности недорогим и недефицитным и занимать возможно меньшую площадь с учетом обслуживания, а также использовать по возможности недорогие виды энергии.

Литейное оборудование должно быть нагружено на 80 - 90%. Загрузка более, чем на 90 - 95% допускается при использовании дорогого, уникального и импортного оборудования.

При применении многопозиционных установок резко повышается производительность труда, на 35 - 50% снижается себестоимость продукции, сокращается число рабочих мест, повышается степень механизации и автоматизации производственных процессов, уменьшается площадь литейного цеха, снижаются капитальные затраты на приобретение оборудования и транспортных средств, появляется большая точность в регулировании технологического процесса, резко упрощаются транспортные оперении.

1.5 Проектирование отделений литейного цеха

1.5.1 Модельное отделение

В процессе производства моделей деталей используется литьевой воск. Этот литьевой воск имеет очень низкую зольность (образование золы в результате сжигания модели в керамической корке) и обеспечивает наилучшее качество обработки поверхности. Он идеально подходит для процесса литья по выплавляемым моделям, поскольку быстро выжигается из оболочки, используемой при типичном процессе литья по выплавляемым моделям. Изготовление выплавляемых моделей производится на установках с применением технологии прототипирования при получении моделей ThermoJet. ThermoJet - это трехмерный принтер, производящий модели с помощью специальной струйной головки. Процесс предложен Скоттом Крампом, а выпуск производственных установок начался с 1991 года компанией Stratasys. FDM - это вторая по счету распространенная технология быстрого прототипирования Stereolithography.

Концепция процесса включает предварительный подогреве материала и затем контролируемую заливку расплавом.

Материал в виде нити, диаметр которой составляет 0,127 см, поступает на катушках (А) длиной 926 м. к экструдируемой головке (В). Сопло находится в нагретом состоянии, температура которого соответствует температуре плавления материала. Материал выдавливается дозами и тут же скрепляется с предыдущем слоем.

Головка перемещается в направлении X - Y или сама платформа (D) позиционируется, синтезируя модель слой за слоем. Платформа опускается на толщину одного слоя и процесс повторяется.

Вся система помещена в термический корпус, который поддерживает температуру чуть ниже температуры плавления материала. Таким образом, необходимо небольшое количество дополнительной тепловой энергии, чтобы сопло достигло температуры плавления материала.

Модельное отделение состоит из следующих участков. Участка подготовки компонентов модельного состава и его приготовления, участка изготовления и охлаждения моделей и их сборки в блоки. Потребность в оборудовании для приготовления модельного состава определяют по формуле:

(шт.)

где М_М - количество модельного состава данной марки для годовой программы, т;

q - часовая производительность оборудования, т./ч.

Ф_Д - действительный фонд времени работы оборудования в год, ч.

Принимаем 1 установку, коэффициент загрузки K=0,93/1=0,93.

Необходимое количество оборудования для изготовления моделей или звеньев и литниковых систем рассчитывается по формуле:

(шт.)

где Q_М - годовое количество моделей или звеньев, шт;

K₁ - коэффициент, учитывающий брак отливки, K₁ = 1,05;

q - производительность машин, съемов/ч.;

K₂ - коэффициент, учитывающий брак оболочек, K₂ =1,2;

Ф_Д - действительный фонд времени работы оборудования;

a - количество моделей в пресс-форме, шт.

Принимаю 8 установок, коэффициент загрузки K=7,1/8=0,88.

1.5.2 Отделение изготовления оболочек

При изготовлении керамических форм используются керамические порошки, применяемые в качестве наполнителей керамической суспензии при литье по выплавляемым моделям лопаток и деталей ГТД. Составы для изготовления керамических форм позволяют получать керамическую форму с повышенной теплопроводностью, что способствует получению более мелкой структуры отливок, в частности лопаток ГТД из жаропрочных никелевых сплавов, а также ведет к снижению металлургических дефектов.

Это отделение состоит из участка подготовки огнеупорных материалов, растворителей и связующих, участка формирования оболочки, участка выплавления модельного состава.

Годовое количество суспензии (кг) определяет по формуле:

(кг.)

где Q - годовой выпуск литья, т;

K₅ - коэффициент, учитывавши брак литья, K₅ = 1,06;

K₆ - коэффициент, учитывающий брак моделей, K₆ = 1,1

K₇ - коэффициент, учитывающий потери суспензии, K₇ = 1,2;

- коэффициент использования оборудования для изготовления моделей.

Часовая потребность в суспензии:

( кг )

где Ф - фонд рабочего времени оборудования для изготовления моделей, ч.

Для изготовления оболочек рекомендуется применять полуавтоматические и автоматические установки.

Потребное количество оборудования для изготовления оболочек рассчитывается по формуле:

 (шт.)

где Q_об - количество оболочек в год, шт.;

- 0,7-0,8 - коэффициент использования оборудования;

1,05 - коэффициент, учитывающий брак отливки;

1,07 - коэффициент, учитывающий брак оболочек.

Ф - годовой фонд времени, ч.;

n - производительность оборудования, обол./ч.

Принимаем 6 установок, коэффициент загрузки K=5,2/6=0,86.

Количество сушильных установок определяется по формуле:

(шт.)

где M - количество модельных блоков в год, шт.;

n - количество слое покрытия,

Т - длительность сушки, ч;

Ф - годовой фонд времени, ч.;

a -коэффициент заполнения, a = 0,6-0,8.

Принимаю 4 сушилки, коэффициент загрузки K=3,3/4=0,825.

Количество установок для выплавления модельного состава определяется по формуле:

(шт.)

где М - количество модельных блоков в год, шт.;

Т₂ - длительность выплавления, ч.;

Ф - годовой фонд временя, ч;

a₂ - коэффициент заполнения, a₂=0,5 - 0,8.

Принимаем 2 установки, коэффициент загрузки K=1,7/2=0,85.

1.5.3 Прокалочно-плавильно-заливочное отделение

В этом отделении выполняются операции, связанные с комплектованием оболочек по маркам сплавов, установкой их в опоки, уплотнением засыпанного в опоки наполнителя, прокаливанием форм и их заливкой металлом.

Камерная электропечь Н85-В.

Электропечь предназначена для прокалки модельных блоков. В зависимости от габаритных размеров в нее могут быть помещены от 8 до 18 модельных блоков. Электропечь состоит из кожуха, футеровки, нагревательных элементов, механизма подъема дверцы. Кожух электропечи бескаркасный. На передней наклонной стенке кожуха закреплены чугунные плиты. Они играют роль направляющих для дверцы, а также служат для плотного прилегания дверцы к загрузочному проему.

Огнеупорная часть футеровки выполнена из легковесного шамота ШЛБ-1,0 и шамота ШБ, теплоизоляционная - из засыпки диатомитовой, диатомитового кирпича и керамвола. Под изготовлен из отдельных литых жароупорных плит.

Нагревательные элементы выполнены из проволоки высокого омического сопротивления, в виде спиралей, уложенных на полочки на боковых стенках и поду и подвешенных на трубках на своде.

Материал трубок - высокоглиноземистый шамот ВГЛ-1,3.

Подъем дверцы осуществляется от электропривода.

Электропечь двухзонная. Это дает возможность получить равномерную температуру по длине электропечи.

Регулировка температуры в каждой зоне автоматическая. На электропечи предусмотрены блокировки, отключающие нагреватели электропечи при подъеме дверцы и ограничивающие ход дверцы.

Технические характеристики электропечи Н85-В.

Мощность установленная, кВт 91,1

Мощность нагревателей, кВт 90

Напряжение питающей среды, В 380

Напряжение на нагревателях, В 220

Число фаз 3

Частота, Гц 50

Максимальная рабочая температура, С 1000

Число зон 2

Время разогрева электропечи до рабочей температуры, ч 4

Мощность холостого хода, кВт 22

Масса садки, кг 1350

Рабочая среда воздух

Размеры рабочего пространства, мм

ширина 850

длина 1700

высота 500

Установка для вакуумного литья «УППФ-ЗМК».

Вакуумная установка «УППФ-ЗМК» предназначена для литья лопаток газотурбинных двигателей с равноосной структурой из жаропрочных сталей и сплавов по выплавляемым моделям. Приоритетным направлением при изготовлении лопаток газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на никелевой основе для условий эксплуатации с рабочими температурами ниже 900°С является литьё изделий с равноосной структурой. Этот процесс менее трудоёмок по сравнению с литьём деталей с направленной и монокристаллической структурами.

Установка типа «УППФ-ЗМК» состоит из следующих основных частей:

· плавильная камера с индуктором, закреплённым на вращающейся платформе;

· шлюзовая камера;

· печь подогрева форм;

· устройство загрузки шихты;

· вакуумная система;

· источник питания типа «ТПЧТ»;

· система управления.

Подача заливаемых форм, находящихся в печи подогрева, и загрузка шихтой плавильной печи осуществляется через технологические вакуумные затворы, чем обеспечивается сохранение рабочего вакуума в плавильной камере в процессе работы.

Наличие печи подогрева форм увеличивает жидкотекучесть расплава, чем обеспечивается требуемая плотность отливок. Наличие постоянного рабочего вакуума в плавильной камере повышает производительность установки, увеличивает стойкость плавильной печи, уменьшает попадание в расплав газовых включений и частиц тигля. Плавильная печь работает на набивных или мерных тиглях. Установка позволяет отливать разнообразную номенклатуру деталей весом до 15 кг.

Технические характеристики установки “УППФ-ЗМК”.

Масса, кг 10300

Рабочий вакуум, мм рт ст 5-10^-3

Производительность, форм/час 3

Емкость тигля, кг 15

Температура расплава, °С 1600

Температура печи подогрева форм, °С 1000

Установочная мощность, кВт 175

Габариты, мм (max) 5900x6000x4200

Количество устанавливаемых плавильных печей рассчитывается по формуле:

 (шт.)

где Q_жм - масса жидкого металла в формы на годовую программу, т;

1,2 - коэффициент, учитывающий неравномерность потребления металла;

0,97 - коэффициент, учитывающий выход жидкого металла в формах по сравнению с жидким металлом, полученным из печей;

q - производительность печи в час, т/час;

Ф_д - фонд рабочего времени печей, ч.

Принимаем 6 печей, коэффициент загрузки K=5,2/6=0,86.

1.5.4 Термообрубное отделение

Назначение технологии очистки отливок определяется прежде всего характером литой продукции и наукой применяемого сплава.

Для выбивки стержней из отливок рекомендуется использовать агрегаты для выщелачивания керамики, галтовочные барабаны непрерывного действия, вибрационные установки, гидравлические и пескогидравлические камеры непрерывного и периодического действия, электрогидравлические установки.

Для очистки отливок также рекомендуется использовать перечисленное выше оборудование, а также дробемётные барабаны, столы, камеры и дробемётно-дробеструйные камеры.

Для удаления химического пригара о поверхности стальник отливок необходимо планировать использование электрохимического травления.

Отдаление элементов литниково-питающих систем от отливок осуществляют ацетиленокислородными резаками, на пильных дисковых и ленточных станках, механических станках, на пневмогидравлических прессах и механических ножницах, анодно-механической резкой и т.д.

Зачистку отливок рекомендуется производить на автоматизированных обдирочно-шлифовальных станках с использованием робототехники.

Термообработку отливок проводят в электрических печах непрерывного (конвейерного) и периодического действия.

Практически вся обработка производится на станках с числовым программным управлением. Использование станков с числовым программным управлением, как отечественного, так и импортного производства, позволяет изготавливать детали с максимальной концентрацией комбинированной обработки в одной операции, что дает возможность снижать цены и трудоемкость сложных в изготовлении деталей и сборочных единиц. Механическая обработка лопаток производится с помощью высокопроизводительных прецизионных фрезеровальных центров с ЧПУ фирм Starr AG, Heckert, Forest и др.

Подготовка поверхностей для механической обработки, удаление элементов, связанных с особенностями изготовления заготовки (облой, напуски, и пр.),производится на универсальном фрезерном оборудовании - на вертикально -фрезерных, горизонтально-фрезерных, продольно-фрезерных станках ,и на специальных агрегатных станках горизонтальной компоновки типа“обрабатывающий центр”; используется стандартизированный инструмент, твердосплавный инструмент со сменными режущими пластинами или сменными зубьями (для лопаток из нержавеющих сталей)

Операции фрезерования выполняются на станках NX-155, NX-251

фирмы Starr AG и FA-4, FA-5 фирмы Forest и другом специализированном оборудовании. Для обработки лопаток с бандажными полками будут применяться пятикоординатные фрезерные станки Liechti Turbomill 1200 (Щвейцария), на которых за одну установку можно обрабатывать все трактовые поверхности пера лопаток.

Лопатки проходят ручную шлифовальную и машинную ленточно-шлифовальную обработку на станках Metabo, окончательная обработка профиля пера лопаток компрессора осуществляется полированием на виброконтактных станках. Базовые поверхности литых турбинных лопаток и хвостовики турбинных рабочих лопаток обрабатываются глубинным шлифованием на специальном оборудовании.

Обработка каналов сопловых аппаратов производится на фрезерных станках с ЧПУ модели 6Р13Ф3.

Для обдирки, выполнения специальных элементов конструкций лопатки в некоторых случаях для формирования профилей рабочей части в лопатках из никелевых сплавов используются методы электроэрозионной и электрохимической обработки.

Наиболее характерным примером разработанного и внедренного технологического процесса при обработке деталей ГТД является высокопроизводительная струйная электроэрозионная обработка глубоких отверстий диаметром 0,2…2,0 мм.

Для повышения эффективности охлаждения, отверстия в лопатках имеют тенденцию к уменьшению диаметров до 0,2…0,5 мм, увеличению соотношения глубины отверстия к диаметру и вход отверстий в обрабатываемую поверхность осуществляется под острыми углами.

Традиционными методами ЭЭО изготавливают отверстия диаметром 0,4…1,2 мм при соотношении глубины к диаметру менее 10. Поэтому эти методы ЭЭО не могут быть использованы для получения глубоких отверстий малого диаметра. Другие методы (в том числе механические) также не могут быть применены для этих целей, учитывая геометрические размеры, расположение отверстий и то, что материалы деталей двигателей имеют высокие физико-механические характеристики.

В результате проведенных исследований были определены условия обработки глубоких отверстий (до 30…50 мм) диаметром 0,2…2,0 мм в указанных деталях методом струйной электроэрозионной обработки.

Суть струйной ЭЭО заключается в электроэрозионной обработке глубоких отверстий трубчатыми электродами, через которые прокачивается диэлектрическая жидкость под высоким давлением. В качестве рабочей жидкости используются диэлектрические жидкости на водной основе или на основе углеводородного сырья. Это позволяет получать наряду с высокой производительностью хорошее качество поверхности.

Анализ существующих конструктивных решений и технологических процессов в производстве ГТД показал, что одним из путей повышения качества и технологичности конструкций, коэффициента использования металла, снижения трудоемкости изготовления изделий является применение сварных и паяных конструкций. Так, например, общая протяженность сварных и паяных швов в современном ГТД составляет более 1000 м, поэтому их высокое качество во многом определяет ресурс и надежность двигателя. Для изготовления охлаждающих отверстий на профиле пера лопаток турбины газотурбинных двигателей и энергетических машин широкое применение находит электроэрозионная обработка (ЭЭО). Относительная глубина отверстий, получаемых электроэрозионной прошивкой, обычно не превышает 20. Максимальная относительная глубина прошиваемого отверстия при ЭЭО, помимо электрических параметров, во многом зависит и от параметров гидродинамических, особенно от давления прокачки.

Установлено, что самым эффективным способом электроэрозионной прошивки глубоких отверстий малого диаметра является прокачка маловязкой рабочей жидкости под большим давлением (до 10 МПа) через внутреннюю полость капиллярного вращающегося электрода. Обработка по такой схеме получила название струйной. Наиболее эффективно струйная электроэрозионная обработка реализована на станке "Fine SODICK".

Очистка отливок от керамики будет производится на установке для отделения керамической оболочки от блоков отливок (или оболочки от блоков и отливок от ЛПС) стояка за счет вибрации, создаваемой вибратором мод. 67101.

Установка для отделения керамики мод. 67101

Производительность до 45 блоков/ч

Расход сжатого воздуха 3,5 м³/мин.

Габаритные размеры, мм 1300х855х3100

Масса, кг 9000

Количество устанавливаемых установок для отделения керамики определяется по формуле:

(шт.)

где Q_об - количество отливок, назначенных для обработки на данном типе оборудования;

q - почасовая производительность оборудования, блоков/ч

К_н - коэффициент неравномерности подачи отливок на обработку.

Коэффициент К_н зависит от характера производства и равен 1,1-1,35;

Ф_д - действительный годовой фонд времени работы оборудования;

1,05 - коэффициент, учитывающий брак литья.

Принимаем 7 установок, коэффициент загрузки K=6,43/7=0,91.

1.5.5 Вспомогательные отделения литейного цеха

К вспомогательным отделениям относятся:

1. Участок ремонта и сушки ковшей.

2. Мастерская ремонта пресс-форм и специальной оснастки.

3. Ремонтно-механическая мастерская.

4. Электроремонтная мастерская.

5. Экспресс-лаборатория металлов, химическая, спектральная, механических испытаний.

6. Лаборатория модельных, связующих и формовочных материалов.

7. Экспериментальное отделение для выявления и устранения причин брака продукция, освоения и доводки технологии изготовления новых изделий и усовершенствованию технологи литья.

8. Участок контроля качества отливок, включая участок испытания отливок и исправления дефектов, окраски, оксидирования, пассивирования отливок и складирования.

9. Специализированный участок по регенерации модельного состава, материалом оболочковой формы и переработке других отходов производства.

Кроме того, должно быть предусмотрено размещение на планировке литейного цеха энергетических установок трансформаторных подстанций и щитов, установок постоянного тока, высокочастотных установок и санитарно-технических установок, установок приточно-вытяжной вентиляции, отопительных установок и агрегатов, установок для нейтрализации сточных вод, установок кондиционирования воздуха, бойлерных установок, а также уголков отдыха и установок газирования воды.

Оборудование перечисленных выше участков выбирается в основном по материалам, полученным проектантами на базах преддипломной практики.

По каждому участку необходимо обосновать выбор оборудования, его расстановку на плане, занимаемую площадь расположение на плане проектируемого цеха, а также представить перечень устанавливаемого оборудования и приборов контроля.

При расчёте любого типа оборудования следует учитывать тот факт, что в расчётном годовом фонде времени работы оборудования учитывают только потери временя на планово-предупредительный ремонт оборудования и не учитывает непредвиденные простои оборудования, при проектировании принимает к установке несколько большее число оборудования (с округлением в большую сторону, до целых единиц), чем получается по расчёту.

Размер резерва, который должен компенсировать непредвиденные простои оборудования, характеризуется коэффициентом загрузки оборудования:

k_з.о. = P_p / P

где P_p - расчётное число оборудования,

P - принятое число единиц оборудования.

Коэффициент k_з.о. должен быть таким, чтобы обеспечивалось выполнение программы в реальных производственных условиях при отсутствии неиспользуемых производственных мощностей. Чем сложнее оборудование, тем оно менее надежно в работе, поэтому меньше должен быть k_з.о. И наоборот, чем надёжнее оборудование, тем ближе k_з.о. к единице.

Технологии контроля качества отливок.

При контроле качества отливок используются современные технологии и оборудование. Контроль качества отливок осуществляется следующими методами:

· Люминисцентные методы контроля:

o ЛЮМ17-П - уровень чувствительности III, минимальная глубина раскрытия дефекта - 10 мкм и более;

o ЦМ15-В - уровень чувствительности II, минимальная глубина раскрытия дефекта - 1...2 мкм;

o ЛЮМ1-ОВ - уровень чувствительности I, минимальная глубина раскрытия дефекта - 0,12...0,5 мкм;

· Рентгеновская дефектоскопия:

o рентгеновская установка ISOVOLT 450;

o проявочная установка "Фонодакс";

o негатоскопы с компьютерной обработкой снимков;

· Контроль геометрии:

o измерительная машина LK;

o лазерная компьютерная установка "ОПТЭЛ";

· Контроль толщин стенок:

o компьютерный толщиномер "Panametric 25 DL";

o негатоскоп "Нева-рентген";

· Контроль ориентации - автоматизированные компьютерные установки рентгеноструктурного анализа "Дрон-3М", "Дрон-4".

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Введение

В соответствии с заданием в технологической части проекта представлена разработка технологии изготовления отливки рабочей лопатки 1-ой ступени. Данная лопатка имеет сложную конструкцию и ответственное назначение, поэтому её следует изготовлять методом литья по выплавляемым моделям.

Для проектирования модели лопатки и процессов затвердевания использовались современные технологии САПР (Полигон и ProCAST).

2.1 Технология изготовления рабочей лопатки 1-ой ступени

2.1.1 Приготовление модельного состава

В качестве материала для изготовления модели использовать литьевой воск.

2.1.2 Изготовление модели

Изготовление модели производить на установке ThermoJet.

ThermoJet - это трехмерный принтер, производящий модели с помощью специальной струйной головки.

Спецификация

Технология:	Multi-Jet Modeling
Разрешение:	300 x 400 x 600 DPI (XYZ)
Материал:	Полимеры ThermoJet™ 2000 и ThermoJet 88
Цвет материала:	Нейтральный, серый, черный
Максимальный вес модели:	5,9 кг
Загрузка материала:	Картридж 2,3 кг
Интерфейс:	TCP/IP protocol; Ethernet 10/100 Base-TX network; RJ-45 кабель
Поддерживаемые платформы:	Silicon Graphics IRIX v6.5.2 (OpenGL required) Hewlett Packard HP-UX v10.2 ACE (OpenGL required) Sun Microsystems Solaris v2.6.0 (OpenGL required) IBM RS/6000 v4.3.2 OpenGL required) Windows NT v4.0 98, 2000 and Millennium Edition
Питание:	100В, 50/60 герц, 15,5 ампер 115В, 50/60 герц, 10 ампер 230В, 50/60 герц, 6,3 ампера
Размер:	1,37x0,76x1,12 м (WxDxH)

2.1.3 Контроль моделей лопаток

Проверить визуально каждую модель. На модели не допускаются: трещины, сколы, утяжины, воздушные раковины, посторонние включения и другие дефекты, нарушающие чистоту поверхности и геометрические размеры модели. Контроль визуальный, 100%, по контрольному образцу.

2.1.4 Изготовление литниковой системы

В качестве исходного материала использовать модельную композицию Салют-1.

Перед запрессовкой рабочую поверхность пресс-формы протереть смазкой.

Допускается использовать смазку следующего состава, объёмная доля в процентах:

- спирт гидролизный - 70 % (7000 мл)

- масло касторовое - 30 % (3000 мл)

Собрать пресс-форму и запрессовать модельную массу. Отпрессованную литниковую систему поместить в ванну с водой. Температура воды - (18⁺⁷) С.

2.1.5 Зачистка модели и сборка блока

Произвести подготовку моделей под сборку:

Зачистить заусенцы и облой на модели детали и литниковой системы согласно контрольному образцу ножом для зачистки. Небольшие складки и поднутрения замазать ремонтным воском «Салют Р-4» или церезином и оплавить.

Произвести сборку модельного блока по эскизу, и контрольному образцу при помощи электроножа. При сборке тщательно заделать место соединения, не допуская острых углов и поднутрений.

Собранный блок обдуть сжатым воздухом (давление сетевое).

2.1.6 Клеймение моделей и блоков

Клеймение модели производить металлической чертилкой. Модели лопаток заклеймить порядковым номером на замке лопатки. В модельном журнале сделать соответствующую отметку.

На элементах литниково-питающей системы должна быть указана марка сплава «ЧС-70» (клеймо марки сплава выгравировано в пресс-формах).

2.1.7 Контроль модельных блоков

Проверить чистоту поверхности моделей, литниковой системы и качество соединения моделей с литниковой системой. На блоках не допускаются поднутрения, наплывы модельной массы, острые углы и заусенцы, трещины и поломы.

Поставить клеймо о годности на литниковой чаше.

2.1.8 Приготовление огнеупорной суспензии на водном связующем

Каждую бочку со связующим «Ludox SK» подвергнуть входному контролю на содержание SiO₂ и рН. Содержание SiO₂ должно составлять 24…26 %, значение рН должно находиться в пределах 4…7 ед.

Приготовление огнеупорной суспензии для первого слоя с алюминатом кобальта производить следующим образом:

В чистый бак влить связующее «Ludox SK». Засыпать алюминат кобальта, засыпать электрокорунд небольшими порциями, начиная с самой мелкой фракции и заканчивая самой крупной фракцией, рассыпая его равномерно по поверхности. Время перемешивания между засыпкой каждой фракции электрокорунда должно составлять 40…60 мин. Следить за тем, чтобы не происходило образования комков. Соотношение «связующее : наполнитель» = «1 л : 3,6 кг».

Состав наполнителя, массовая доля в процентах:

Электрокорунд 25А М5 [F-1200] - 25 %

Электрокорунд 25А М40 [F-320/360] - 40 %

Электрокорунд 25А М60 [F-230] - 35 %

Алюминат кобальта - 5 % (сверх 100 %)

После внесения последней порции электрокорунда перемешать суспензию не менее 24 ч.

Проверить вязкость. Вязкость суспензии для первого слоя должна быть 98…103 с.

Приготовление огнеупорной суспензии для последующих слоев (наполнитель - электрокорунд) производить следующим образом:

В чистый бак влить связующее «Ludox SK». Засыпать электрокорунд небольшими порциями, начиная с самой мелкой фракции и заканчивая самой крупной фракцией, рассыпая его равномерно по поверхности. Время перемешивания между засыпкой каждой фракции электрокорунда должно составлять 40…60 мин. Следить за тем, чтобы не происходило образования комков. Соотношение «связующее : наполнитель» = «1 л : 3,6 кг». Состав наполнителя, массовая доля в процентах:

- Электрокорунд 25А М5 [F-1200] - 25 %

- Электрокорунд 25А М40 [F-320/360] - 40 %

- Электрокорунд 25А М60 [F-230] - 35 %

После внесения последней порции электрокорунда перемешать суспензию не менее 24 ч.

Проверить вязкость. Вязкость суспензии для последующих слоев (наполнитель - электрокорунд) должна быть 70…75 с.

2.1.9 Формирование керамической оболочки

Формирование керамической оболочки производить по следующей программе: количество слоев 10, 11 - нулевой.

Для нанесения первого слоя использовать суспензию для первого слоя с алюминатом кобальта. Для нанесения второго и третьего слоя использовать суспензию для последующих слоев с электрокорундом в качестве наполнителя. Для нанесения с четвертого по десятый слои использовать суспензию для последующих слоев с дистен-силлиманитом в качестве наполнителя. Для нанесения одиннадцатого слоя использовать суспензию для предварительного смачивания. 11 слой без обсыпки.

Сушку слоев производить следующим образом:

Сушку первого слоя производить в течение 3…4 ч. Сушка последующих слоев не менее 2 ч. Сушка после одиннадцатого слоя не менее 8 ч. После 10 слоя дополнительно на выходную кромку нанести 2 слоя суспензии.

Окончательная сушка блоков до удаления модельной массы в бойлерклаве не менее 2 суток. Сушку производить в помещении участка при температуре 20…25 °С, относительной влажности 45…60 %.

2.1.10 Вакуумно-аммиачная сушка блоков

Просушить блоки на воздухе в течение 15 -20 мин., потом поместить в вакуумно-аммиачную камеру.

2.1.11 Удаление модельного состава из блоков

Вытопку модельной массы производить в бойлерклаве.

Режимы вытопки модельной массы:

давление - 0,686…0,735 МПа

температура - 150…170 °С

выдержка - 8…12 мин.

Блоки на участок предварительной прокалки подавать не ранее, чем через 2 ч после удаления модельной массы.

Допускается производить удаление модельной массы из керамических форм в горячей воде.

2.1.12 Прокалка блоков

Уложить блоки на вагонетки в горизонтальном положении корытом вверх с подставками под перо и замок. Литниковая чаша должна быть направлена по ходу движения вагонетки. Прокалку блоков производить в газовой печи ПГ-30 с периодичностью толкания вагонеток через 25…40 мин (обеспечивается специальным устройством). Температура в рабочей зоне печи - (950-50) °C. Время нахождения блоков при температуре - (950-50) °C не менее 2,5 ч.

Прокалённые блоки подвергнуть визуальному контролю.

2.1.13 Контроль керамических форм

Проконтролировать блоки на отсутствие сколов, отслоений керамики, трещин. Блоки, имеющие сколы, отслоения, крупные трещины - на заливку не допускать. Допускаются небольшие сколы по краю литниковой чаши и следы ремонта мелких трещин на литниковой системе.

2.1.14 Подготовка форм к заливке

Подвергнуть 100% визуальному контролю блоки, прошедшие предварительную прокалку. На оболочках не допускаются сколы углов, трещины, отсутствие порядкового номера блока. Операцию выполняет рабочий.