Цех алюминиевого литья на выпуск отливок 5000 тонн в год

1.3 Развёрнутая производственная программа

Таблица 2

1.4 Выбор положения отливки в кокиле

Основной задачей при выборе положения отливок в кокиле, заключается в получении наиболее ответственных поверхностей отливок без литейных дефектов.

При этом руководствуются следующими рекомендациями:

- учитываем принцип затвердевания отливки: отливку располагаем массивными частями вверх;

- основные обрабатываемые поверхности и наиболее ответственные части отливки располагаем вертикально;

- данное положение обеспечивает надежное удержание стержней в кокиле во время заливки, имеется возможность проверки толщины стенок отливки при сборке кокиля;

- тонкие стенки расположены снизу и вертикально по заливке, путь металла к тонким частям самый короткий.

На основании перечисленных рекомендаций принимаем показанное на рис. положение отливок в кокиле при заливке.

Плоскость разъема формы проходит вертикально по поверхности симметрии отливки.

Рисунок 1. Положение отливки в кокиле

1.5 Расчет количества отливок в кокиле

Для изготовления отливки «Корпус» была выбрана кокильная машина модели 5923 с габаритными размерами рабочего пространства на плитах для крепления вертикальных частей кокиля 500х400 и поддоном с габаритными размерами 500х400.

Габариты плит кокиля определяются исходя из следующих факторов:

§ расположение и размещение отливок, прибылей и литниковой системы;

§ размыкающей силы и габаритов крепления кокильной машины.

С учетом всех факторов мы делаем вывод, что в имеющееся пространство 500х400 можно вписать только одну отливку.

Рисунок 2. Эскиз кокиля

1.6 Технологическая инструкция на подготовку облицовочных красок

В неокрашенном кокиле залитый металл остывает неравномерно, что вызывает незаполнение тонких сечений формы (не заливы) и нарушает правильный ход кристаллизации.

В качестве тонкой прослойки применяют краски, которыми окрашивают поверхности кокиля, соприкасающиеся с жидким металлом. Прослойка краски уменьшает коэффициент трения между отливкой и кокилем, что облегчает раскрытие кокиля и удаление отливки.

Краски должны удовлетворять следующим требованиям:

1) в состав краски не должны входить вещества, химически взаимодействующие с жидким металлом, и вещества с кристаллизационной влагой.

2) краска должна иметь высокую сцепляемость с металлом кокиля, чтобы в течение рабочей смены не потребовалось возобновление ее слоя.

3) теплопроводность слоя краски должна приближаться к теплопроводности термоизоляционных материалов.

4) после высыхания нанесенной на металл краски должен получатся плотный ровный слой без наплывов, местного выкрашивания и отслоения.

При литье сплава AЛ5 кокили окрашивают следующими красками.

Рецепты кокильной краски Таблица 3.

Краски наносят на нагретые до поверхности кокиля, соприкасающегося с металлом, при помощи манипулятора распылителя.

Струю распыленной сжатым воздухом (3-4 атм.) краски из пульверизатора направляют на окрашиваемую поверхность с расстояния 0,5-1,0 м. Растворитель быстро испаряется, и на поверхности остается слой краски.

1.7 Расчет литниковой системы

Определяем число питателей

n= 1

опредилим высоту стояка

hc=hотл.+hк= 183+117=300мм (1)

Выбираем малую овальную воронку с наклонной стенкой.

Определим первоначальный Гидростатический напор по формуле

Hо=hc=300мм (2)

и средний расчетный напор

Hр=Hо=300мм (3)

По чертежу отливки находим площадь сечения на уровне подвода металла

Fот=П (R₁²-R₂²) (4)

где R1- наружний радиус отливки

R2- внутренний радиус отливки

Fот=3,14(10,1² -7,2²)=157см²

Определяем периметр этого сечения

Pот=2П (R₁+R₂) (5)

Pот=2*3,14(10,1+7,2)=108,6 см

Определим максимально допустимый расход

Qот=к*Рот (6)

где к-кооф. расхода

Рот-периметр отливки

Qот= 2,3*108,6=246,4см

Определим скорость движения расплава

Vc=µv2gHp (7)

Где µ-кооф. Расхода металла

g-ускорение свободного падения

Hp-расчетный напор

Vc= 0,5v2*9,8*0,3=1,22м/с

Определим сечение стояка

Fc=Qот/Vc (8)

Fc=2464/1220=2.04

1.8 Расчет КИЖМ

КИЖМ - коэффициент использования жидкого металла [ГОСТ3.1401-85].

(9)

где МО - масса отливки без литниково питающей системы;

МЖМО - масса жидкого металла на отливку.

Проектирование стержневого ящика

Положение стержня в ящике, а так же плоскость разъема ящика устанавливаются в зависимости от типа машины, сложности стержня, условий уплотнения, транспортировки и сушки.

Располагая стержень в ящике, необходимо руководствоваться следующим:

1. вдувные и вентиляционные отверстия должны быть расположены на торцах знаков, или плоскости сушки стержня, или поверхностях, подвергаемых зачистке;

2. стержневой ящик должен иметь минимальное количество плоскостей разъема и отъемных частей;

3. стержень должен легко удаляться из ящика;

4. наиболее массивные части следует располагать под вдувными отверстиями.

2. Расчеты по участкам и отделениям цеха

2.1 Плавильное отделение

Для плавки алюминиевых сплавов применяют пламенные отражательные печи, индукционные тигельные печи, электропечи сопротивления, а также тигельные печи с газовым, нефтяным или электрическим обогревом. В нашем случае целесообразно применять индукционные тигельные печи. Эти печи имеют ряд преимуществ перед другими печами. При малом зеркале металла и большой скорости нагрева плавка характеризуется малым угаром (0,5 - 1 %).

Пониженная газонасыщенность дает отливки с высокими механическими свойствами. Печи дают более высокую производительность (в 2 - 3 раза по сравнению с пламенными и в 5 - 6 раз по сравнению с электропечами сопротивления).

Исходя из номенклатуры и массы отливок, для сплава Аl5 выбираем индукционные тигельные печи ИАТ - 0,1.

Технические характеристики печи ИАТ - 0,1

1 действительная производительность печи - 0,4 т/час

2 продолжительность цикла плавки - 2,35 ч.

3 годовая производительность печи при 2-х сменном режиме - 1550 т.

Требуемый состав сплава АЛ5. Гост 2685-75 Таблица 4

Расчёт шихты производим методом подбора. Используем общую формулу:

Эрасч=(Этеор*100)/100-У, (10)

где, Этеор - содержание данного элемента

У - угар данного элемента

Сделаем набор необходимых компонентов.

Химический состав компонентов шихты Таблица 5.

Расчёт ведём на 100 кг. Учитывая угарание элементов, получаем следующую таблицу.

Расчёт шихты. Таблица 6

Произведём расчёт по каждому наименованию деталей. Учитывая 5% брака. Расчёт представим в виде таблицы.

Расчётная таблица выхода годного. Таблица.7

Таким образом, получаем: годных отливок -56,835%, возврата - 37,029 %

Для выплавки металла будем использовать индукционные тигельные печи ИАТ-1,0. Расчетная годовая производительность этих печей при двухсменном режиме работы составляет 1550 . [2]

Расчёт годового количества металлозавалки.

Проведём расчёт годового количества металозавалки (Q) [3].

Q=(Г+ЛП+Б+)/100%-У (11)

Где Г - годное литьё; Б - брак, брызги; ЛП - литники, прибыли; У - угар.

Б - 5%(брак-3%+брызги2%); У-5%; Б=250т.

Q=(5000+3107,612+250)/95%=8797,486 т.

Расчёт количества печей, работающих одновременно.

Расчёт количества печей, работающих одновременно (П) произведём по формуле

П=Q*/(q*T), (12)

где T - годовой фонд работы печи (ИАТ 1,0), 3975;

- коэффициент неравномерности металла, (1,2);

q - производительность печи, 0,4 т/ч;

Q - годовое количество металлозавалки, 8797,486 т.

П= 8797,486*1,2/(0,4*3975)=6,64 шт.

Полученное количество плавильных печей округляют до целого числа с учетом коэффициента загрузки.

Коэффициент загрузки рассчитывается по формуле

Кз= (Пр/Ппр)?0,7-0,85 (13)

где К_З - коэффициент загрузки;

П_Р - расчетное количество печей;

П_ПР - принятое количество печей.

Принимаем коэффициент загрузки данного оборудования = 0,83

Ппр=6,64/0,83=8 шт.

Получаем 8 печей.

Определяем коэффициент загрузки данного оборудования:

Кз=6,64/8=0,83

Баланс металла.

Баланс металла. Таблица 8.

Рассчитаем процентное соотношения «годных отливок» и «литники, прибыли, брак». Общая сумма составляет = Г + ЛП + Б = 5000 + 3107,612 + 250 = 8357,612 - это 100 %

Тогда Г=(100*5000)/ 8357,612=56,835 %

ЛП+Б= 100-59,82 = 37,029%

Угар и потери составляют 5% от годовой металлической завалки. Что составляет У=(5*8797,486)/100=439,874 т.

Отсюда получаем количество жидкого металла:

Ж= Q - У = 8797,486-439,874 = 8357,612 т (14)

где Г - годные отливки;

ЛП - Литники и прибыли;

Б - брак;

У - угар;

Ж - жидкий металл;

Q - годовое количество металлозавалки;

С - слив, брызги.

Организация транспорта плавильного отделения

Транспорт плавильного отделения служит для подачи шихтовых материалов к печам и для последующей их загрузки. Первоначально шихта со склада при помощи мостового крана с дозирующим устройством засыпается в бадью, бадья при помощи электрокара доставляется в зону загрузки печей. Разгрузка бадьи производится также электрокаром. Емкость бадьи равна емкости одной печи.

2.2 Заливочное отделение

Оборудование для приготовления красок определяем по формуле:

(15)

где Вг - выпуск годных отливок, т.;

Р- расход облицовки (краски) на 1 т. годного литья;

1,2 -коэффициент, учитывающий потери и брак;

з - коэффициент использования машины;

Ф- годовой фонд времени, час.

и=(5000*0,36*1,2)/(0,75*3975)=0,72

Принимаем одно работающее смешивающее оборудование марки 15204 мощностью 75 кВт.

Общее количество смешивающего оборудования для приготовления красок принимаем равным одному.

Выбор кокильной машины.

Исходя из номенклатуры отливок, выбираем в цех 2 типа кокильных машин.

Кокильную машину марки 299607 и марки 5923.

Технические характеристики кокильной машины 299607. Таблица 9

Технические характеристики кокильной машины 5923. Таблица 10

Потребность в кокильных машинах. Таблица 11

Количество форм подлежащих изготовлению в течение года :

На машине 5923 - 930228 шт.

На машине 299607 - 641648 шт.

Потребность оборудования рассчитываем по формуле:

Nмp=(Кк*1,1)/П*Ф (16)

где Nмp - Потребность в оборудовании,

Кк - Количество форм подлежащих изготовлению в течение года,

П - Часовая производительность установки (карусели или индивидуального станка), съёмов/час.

Ф - фонд рабочего времени оборудования, 3975 ч.

Расчёт часовой производительности кокильной машины ведём с учётом времени на застывание отливки tотл=5 мин.

tцикла машины = tмашинное время+t подготовка кокиля+ tзаливка металла+tохлаждение отливки+tудаления отливки=

Машины 299607: 15+180+12+300+15=522 с = 8,7 мин = 0,145 ч

П= 1/0,145 =6,9 съёмов/час

Nмp=(641648*1,1)/ 6,9*3975=25,7, принимаем равным 26.

Машины 5923: 15+120+12+300+15=462 с =7,7 мин=0,128 ч

П= 1/0,128=7,8 съёмов/час

Nмp=(930228*1,1)/ 7,8*3975=33.

Выбор дозатора для кокильной машины.

Дозатор алюминиевых сплавов предназначен для автоматизации заливки жидкого сплава в кокильные машины.

Исходя из номенклатуры отливок выбираем дозатор Д63М.

Технические характеристики пневматического дозатора алюминиевых сплавов Д63М. Таблица 12

Количество дозаторов принимаем равным количеству кокильных машин, т.е. 59 шт.

2.3 Отделение финишных операций

Финишные операции. Обрубка и обрезка отливок

Для обрубки выбираем дисковые пилы, электродвигатель 10 кВт.

Для обрезки литников и прибылей вертикальный фрезерный карусельный станок. Производительность 120 отливок/час, число оборотов фрезы 1470 в минуту, общая мощность 70 кВт.

Потребность оборудования рассчитывать по формуле:

Nм=К0/ПФм, (17)

где м - 0,75 - 0,85 коэффициент использования оборудования.

К0 - количество отливок подлежащих обработке на рассчитываемом оборудовании;

П - Часовая производительность оборудования.

Ф - фонд рабочего времени оборудования, 3975

Расчёт количества дисковых пил

Nм=К0/ПФм=1571876/3975*0,8*120= 4,1 = 5 (станков)

Расчёт количества фрезерных карусельных станков

Nм=К0/ПФм=1571876/3975*0,8*120= 4,1 = 5 (станков)

литейный цех отливка кокильный

2.4 Отделение термообработки

Технологическая инструкция на термообработку по режиму Т7.

Закалка.

Алюминиевые сплавы подвергаются закалке с целью получения пересыщенного твёрдого раствора на основе алюминия, способного к последующему старению существенно упрочняющему сплав.

Печи ПН-34 должны быть оснащены автоматическими самозаписывающими приборами КСП3 со шкалой 660 град., ошибка измерения не больше 0,5% шкалы т.е. задаваемая температура должна быть не менее чем на 3 град. Ниже максимально допустимой температуры нагрева под закалку / и одного указывающего прибора. Для печи ПН-34, кроме вышеуказанных приборов, устанавливается терморегулятор без записи температуры / в качестве защиты от перегрева/.

Перепад температур по зонам рабочего пространства печи допускается +- 5 град.

Примечание: необходимо особое внимание обратить на устойчивое показание термометра, замеряющего температуру холодного спая поверочного потенциометра.

Показания стендовых приборов должны проверятся переносными контрольными потенциометрами 2 раза в течение обработки каждой садки.

Характеристику температурных режимов печи снимать не реже одного раза в месяц и после каждого ремонта.

Перед загрузкой печь должна быть прогрета до t=300 град, но не более.

Загрузку деталей в корзину производить таким образом, чтобы обеспечить свободное обтекание горячим воздухом каждой отливки. При укладке деталей в несколько рядов, их следует располагать в шахматном порядке. Плотная укладка и укладка навалом не допускается. При термообработке в печах загрузку производить в корзинах. Загрузка корзины в печь производится при выключенной печи после прогрева.

Загружать корзину по центру печи. Печь закрыть и включить.

Во избежание подсоса холодного воздуха печь должна быть герметична.

Следить за тем, чтобы направление вращения вентилятора соответствовало указанному в паспорте.

Температура нагрева под закалку принимается равной 520-530 град.

На всех деталях и образцах, загружаемых в печь набивается клеймо номера термосадки перед загрузкой.

Данные проведения термообработки каждой садки записываются в журнал

Охлаждение.

13. Время переноса корзины из печи в закалочный бак не должно быть более 30 секунд.

14. В целях снижения остаточных термических напряжений и уменьшения возможности образования трещин при закалке температура воды в закалочном баке должна быть 50 - 100 град.

15.Замер температуры воды в закалочном баке производится милливольтметром МР-64. Показания записывать в журнал.

16.Для надёжного и равномерного охлаждения деталей необходимо производить перемешивание воды в закалочном баке сжатым воздухом или периодическим покачиванием корзины в течение всего процесса закалки. Время пребывания корзины в закалочном баке 5-10 мин.

Старение.

17. Старение деталей производиться с целью повышения прочности и пластичности и получения стабильных размеров деталей. Режим старения сплава: Начало отсчёта выдержки 250 град.

Допустимый интервал температуры старения 250-270. Время выдержки 2-2,5 часа.

Старение производится в печи ПН-34. Литые образцы посылаются от каждой плавки.

Для контроля качества проведения термообработки вместе с отливками укладывается 3 литых образца. Образцы укладываются на среднюю полку ближе к экрану

Термообработанные образцы отправляются в экспресс лабораторию.

При не удовлетворительных результатах механических испытаний и при наличии свидетельства ЦЗЛ об отсутствии пережога производится повторная термообработка. Для определения механических свойств направляются в ЦЗЛ 3 образца, вырезанных из отливки. В случае не удовлетворительных результатов механических испытаний повторной термообработки и отсутствия пережога разрешается третья термообработка с последующим испытанием трёх образцов, вырезанных из отливки.

Общее число термообработок не более трёх раз с учётом термообработки после заварки.

В случае неудовлетворительных результатов механических испытаний образцов, вырезанных из деталей после 3-ей термообработки вся партия деталей этой садки бракуется.

При наличии на отдельно отлитых образцах литейных деффектов разрешается производить испытания механических свойств на образцах, вырезанных из деталей данной плави и садки.

Отжиг.

Твёрдые детали отжигаются в электропечах ПН 34 при температуре 270-300 град.

Выдержка при отжиге до 2,5 часов. В процессе отжига производится контроль твёрдости на отдельных деталях, которые после извлечения из электрической печи охлаждаются в воде.

Перед началом работы ознакомится с инструкцией по технике безопасности у мастера!

Мягкие детали после термообработке подвергнуть термообработке ещё раз - закалка + старение.

Исходя из технических характеристик Печи ПН-34, находим, что на годовую программу цеха требуется 3 печи.

2.5 Вспомогательные участки и отделения цеха

Вспомогательные службы литейных цехов состоят из следующих подразделений: ремонтной службы цеха, (предназначенной для текущего ремонта и обслуживания оборудования с участком ремонта футеровки печей), экспресс-лаборатории (для оперативного контроля свойств облицовочных красок и химического состава жидкого металла), цеховых кладовых, службы снабжения.

2.6 Служба механика и электрика

Нормы для расчёта категории сложности ремонта оборудования литейных цехов в ремонтных единицах. [4]

Механик: 0,21 ремонтных единиц на 1 тонну годного литья (5000 т)

Электрик: 1,10 ремонтных ед.

Нормы для расчёта межремонтного обслуживания оборудования в ремонтных единицах:

Дежурные слесари по обслуживанию оборудования

М. 350

Станочники

М. 1260

Дежурные электрики

Э. 770

Итого 0,21*5000=1050, 1,10*5000=5500

Деж. слесари . 1050/350=3 = 3 чел.

Станочники 1050/1260=0,83 = 1 чел.

Деж. эл. 770/3850=0,14 = 1 чел.

Для текущего ремонта модельной оснастки в цехах крупносерийного производства предусматривают 1 чел.

По числу станочников принимаем количество универсально-фрезерных станков, обрубных и фрезерных равное 3.

Площадь помещений.

На 1 станок примем площадь равную 10 мІ

На каждого Деж. слесаря и электрика по 4,5 метра. итого 4 чел = 18 мІ.

Дополнительно необходима кладовая запчастей и электрооборудования и инструментальная кладовая.

Всего 18+10+10+10=48 мІ.

2.7 Экспресс-лаборатории

Задача экспресс-лаборатории облицовочных красок заключается в наблюдении за правильной работой автоматического оборудования и систематическом определении основных физических свойств красок по пробам, собираемым через заданные промежутки времени на выходе из смесеприготовителя.

По трудоемкости анализов и по числу анализов определяют количество лаборантов на одну смену и площадь необходимую для лаборатории. Считают, что на одного лаборанта необходимо 8-10 .

Трудоемкость анализа стержневой смеси составляет 0,2 часа. По этим данным и числу анализов определяем количество лаборантов в одну смену равное 2 чел.

Для анализа сплава по 4-м элементам с трудоёмкостью 0,4 чел./час. принимаем 4 чел.

Кроме того, в лаборатории предусматривают одну уборщицу.

Всего 7 чел в смену.

Лабораторию связываем с плавильным и смесеприготовительным отделением пневмопочтой. Площадь экспресс лаборатории 16 мІ [4]

2.8 Складское хозяйство цеха

Для расчета площадей складов и средств механизации необходимо знать количество материалов, потребляемых цехом.

Годовой расход материалов определяется на основе данных расчетов количества используемой краски и всех компонентов шихты. Для определения расхода материалов, поступающих на склад, к указанным суммарным величинам добавляют потери их на складе при их транспортировке.

Обычно эти потери составляют 4-5% годового расхода [3].

Все компоненты красок и шихтовые материалы поступают на склад, где должны быть минимальными, но достаточными для обеспечения нормальной работы цеха, плюс запасы.

Величину запаса на складе определяют в календарных сутках в зависимости от климатического пояса, в котором размещен литейный цех. Для Омска продолжительность хранения запасов шихтовых составляет материалов 15-30 календарных дней.

Норма запаса формовочных и шихтовых материалов

Запас в сутках для III климатического пояса определим согласно рекомендациям, приведенным в источнике [4].

Бентонит - 20-30 сут.

Огнеупорные материалы - 20-45 сут.

Отходы собственного производства (ЛП, Б) - 3-5 сут.

Флюсы (известняк) - 30-45 сут.

Цветные металлы - 20-30 сут.

Огнеупорные порошки и раскислители - 30-45 сут.

Т.к. доставка материалов осуществляется автотранспортом, то сроки принимаем минимальными.

Погрузочные данные формовочных и шихтовых материалов

Бентонит - 1,50 (т/м3), Высота хранения max. 10 м

Огнеупорные материалы - 1,5 (т/м3), Высота хранения max. 3 м

Отходы собственного производства (ЛП, Б) - 0,6 (т/м3), высота хранения max. 2м

Флюсы (известняк) - 1,7 (т/м3), Высота хранения max. 4м

Цветные металлы - 1,5 (т/м3), Высота хранения max. 2 м

Огнеупорные порошки и раскислители - 1,5 (т/м3), Высота хранения max. 3м

Расчёт месячной нормы запасов формовочных и шихтовых материалов.

Гексахлорэтан - баллоны (40 л) -16(кг на тонну)*18,24 (тонн металла)=291,84 итого 8 баллонов в день Всего 219 баллонов.

Жидкое стекло - 5 кг*18,24=91,2 кг в день Всего 2736 кг

Белила цинковые - 0,003 кг*18,24=0,055 Всего 1,65 кг

Асбест - 0,21*18,24=3,83 Всего 114,92 кг

Мел природный обогащенный 0,005кг*18,24=0,0912 кг Всего 2,736 кг

Графит кристаллический литейный 0,0001*18,24=0,002 Всего 0,055 кг

Натрий хлористый 0,03 *18,24 = 0,547 кг Всего 16,416 кг

Натрий фтористый 0,002*18,24 = 0,036 кг Всего 1,094 кг

Калий хлористый 0,0015*18,24= 0,0274 Всего 0,82 кг

Кирпич шамотный 12 шт*18,24 = 219 шт Всего 4377,6 шт

Кирпич магнезитовый 15 шт*18,24 = 273,6 шт Всего 5472 шт.

Дробь чугунная 10*18,24=182,4 Всего 1824 кг

расход 1804,25 кг смеси в день

Тальк молотый 604,60 кг в день Всего 12092,04 кг

Бентонит 59,68 кг в день Всего 1193,66

Песок К01А - 1473,27 кг в день Всего 44198,12 кг

Смола I80 77,71 кг в день Всего 1554,25 кг

Уротропин 3,11 кг в день Всего 62,17 кг

Стеарат кальция 0,155 кг в день Всего 3,1 кг

Всего в день требуется 1,77 тонн металла

Лигатура Al-Mg 53,4 кг в день. Всего 1069,45 кг.

Лигатура Al-Сu 353,89 кг в день. Всего 7077,78 кг.

Силумин (АЛ4) 793,02 кг в день. Всего 15860,52 кг.

Чушк. алюминий А85 кг 194,39 в день. Всего 3887,77 кг.

Чушк. Титан Вт 1,2 5,8 кг в день. Всего 116,06 кг.

Собственные отходы 482,22 кг в день. Всего 1446,67 кг.

Расчет площади складов шихтовых материалов и компонентов красок

производится по формуле:

(18)

где годовое количество материалов;

норма запаса материалов в днях;

количество рабочих дней в году;

объемный вес материалов в ;

высота хранения в метрах.

Fвозврат=(1930,2*3)/244*0,6*2=19,78 м²

F Al-Mg =(189,57*20)/244*1,5*2=5,18 м²

F Al-Сu =(1254,62*20)/244*1,5*2=34,28 м²

F силумин =(2826,37*20)/244*1,5*2=77,22 м²

F Чушк. алюминий А85=(692,81*20)/244*1,5*2=18,94 м²

F Титан Вт 1,2 =(20,69*20)/244*1,5*2=0,57 м²

Всего для склада шихты требуется 155,96 м².

F Гексахлорэтан =(110,3*30)/244*1,5*3=3,02 м²

F Жидкое стекло =(34,46*30)/244*1,5*3=0,945 м²

F Асбест =(2422,6*20)/244*1,5*3=23 м²

F остальное =(69,2*20)/244*1,5*3=1,26 м²

F стержневая смесь =(682,36*20)/244*1,7*3=10,97 м²

Всего для склада формовочных материалов требуется 39,2 м².

На общий склад формовочных и шихтовых материалов потребуется 195 м^2.

2.9 Цеховые кладовые

Ориентировочно примем следующую площадь кладовых на 1000 т выпуска

общей цеховой 0,78 м²ремонтной службы механика и электрика 1,68 м²

Итого: 3,9+8,4=12,3 м², [4,13].

2.10 Бытовые помещения.

Бытовое обслуживание

Общая площадь на обслуживание (санитарно-гигиеническое, общ. пит., медицинское, кльтурно-массовое, местное бытовое) составляет 4,05 м2 на чел. [4]

Всего рабочих (общих и вспомогательных) 91 в смену.

Из них 79 муж. и 12 жен.

Гардеробные

Преобладающими группами производственных процессов в литейных цехах являются IIб IIв IIг, поэтому необходимо предусматривать две гардеробные комнаты: для уличной и рабочей одежды.

Между ними располагаются блоки душевых с преддушевыми.

двухсекционный шкаф - 400+400 х500(глуб)х1650(выс) 91 шт.

одинарный шкаф - 400 х500(глуб)х1650(выс) 91 шт.

Число мест на вешалках (2 смены) 182 шт.

При шкафах устанавливают скамейки 250 мм.

Сан. узлы

Число кабин сан. узла проектируется по числу рабочих в наибольшую смену (91) по количеству 1:15

муж. 6 шт. + писсуары 6 шт. + 4 умывальника

жен. 1 шт. + 1 умывальник

Умывальники

Число кранов в умывальниках определяется по кол-ву человек: на 1 кран 20 чел. Итого 4,55 = 5.

2.11 Внутрицеховой транспорт

Литейное производство характерно многократным перемещением большого количества различных насыпных и штучных грузов, поэтому транспортные операции в нем по трудоемкости являются важной составляющей производственного процесса. Следовательно, при проектировании литейных цехов механизации транспортных операций необходимо уделять большое внимание. [4]

Для внутрицеховых грузопотоков литейного производства мы используем следующие подъемно-транспортные устройства: мостовые краны (15 т), электрокары, вспомогательные устройства-питатели, бадьи, затворы и другие механизмы, предназначенные для совместной работы с подъемно- транспортным и технологическим оборудованием.

Для транспортировки шихтовых материалов с места хранения до площадок индукционных печей используют бадью, перемещаемый при помощи электрокара.

Для перемещения готовых отливок используем также электрокары. Виды транспорта на основных участках приведем в таблице:

Транспорт литейного цеха. Таблица 13

3. Конструкция и работа кокильной машины

Рисунок 3. Схема кокильной машины

Предлагаемая конструкция кокильной машины позволяет получать отливки с большими полостями. Кокильная машина состоит из стола 12, верхней плиты 13, тяги 14, двух пар направляющих 5, по которым перемещаются при помощи гидравлических цилиндров 7 два закрепленных на упорах 6 (рис 3.1 ) зажимов 8 на концах 9 при помощи горизонтальных тяг 10 половин кокиля. Над верхней плитой 13 расположен гидравлический цилиндр 19 тяги 14 страверсой 20 в направляющих отверстиях 21 которой перемещается колоны 22 верхней плиты 23 механизмы опускания стола 25. Стол 25 этого механизма вместе со стержнями (на рис не указан) при помощи гидравлических цилиндров 26 , штанов 17 и направляющих колон 22 может опускаться вниз через отверстие 24 в столе 12 машины.

Принципы работы следующие. После установки и закрепления механизма опускания стола 25 с нагретым кокилем 3 на стол 12, к горизонтальным тягам 10 присоединяют половины кокиля 11, закрывают кокиль и заливают в него расплав.

Затем автоматически стол 25 вместе со стержнями при помощи гидравлических цилиндров 26 опускается вниз, верхние плиты 23 вместе с верхним стержнем (на рис не указан) при помощи гидравлического цилиндра 19 поднимается вверх, боковой стержень (на рис не указан) с помощью подрывного механизма отходит в бок, после чего последовательно при помощи гидравлических цилиндров 10 отводится от отливки половина кокиля 11 по плите 28.

После подъема зажимов 8 при помощи гидравлических цилиндров 7 в верхнее положение пространства над столом 16 освобождается для извлечения отливки манипулятором (на рис не показан).

3.1 Описание проектированных узлов. Механизм подъема верхней плиты

Механизм подъёма верхней плиты состоит из гидравлического цилиндра 1, который закреплен на основной плите 2. Траверс 4 имеет направляющие отверстия в которых перемещаются колоны 6 верхней плиты 5. Основные плиты 2 и траверса 4 соединены вместе втулкой 3. Гидроцилиндр после сцепления тяги 1 и верхней плиты 5 поднимает последнею в верхнее положение, после чего идет последовательное выполнение операции. Траверса и верхняя плита, и основная плита литые. Колонки 6 крепятся болтами к плите 5.

3.2 Механизм разъёма кокиля

Механизм разъема колон состоит из 2 к которой прикреплен зажим 4. Гидравлический цилиндр 1 закрепленный на плите 2 с помощью штанг 6 перемещает плиту 5, на которую крепится половина кокиля (на рис не указан), по направляющим колонам 3.

3.3 Механизм опускания стола

Механизм опускания стола состоит из гидроцилиндров 2, штатов 3, направляющий колонн 4. Стол 7 этого механизма вместе со стержнем (на рис не указан). при помощи гидроцилиндров 2, штанов 3 и направляющих колон 4 может опускаться вниз через отверстие 9.

3.4. Расчет гидроцилиндра механизма подъема верхней плиты

Усиление создаваемое приводом и необходимое для подрыва стержня, должно быть

Р_пр > F₁ F₂ +F₂ + F₃ (19)

где F₁ - усиление извлечения стержня из отливки

F₂ - усиление подъема нижней плиты

F_{3 -} сила трения в направляющих

F₁ = Р_уд * К_к * S_ст (20)

где Р_уд - удельное усилие извлечения, найденное по монограмме в Н/_см²

К_к - коэффицент зависящий от конфигурации и соотношение размеров стержня

S_ст - площадь поверхности стержня, снижаемой отливки, в см²

F₂ = m_п * g * k , (21) где m_п - масса плиты

g - ускорение свободного падения

k -- коэффицент учитывающий инерцию к=1,1

F₃ = 0,2 F₂ отсюда находим

F₁ = 23,6*1,6*81,33 =3071 н

F₂ =230*9,81*1.1 = 2482 н

F₃ = 0,2*2482 = 496,4 н

Р_пр =3071+2482+496,4 = 6049,4

Усиление привода для текущего гидроцилиндра находится по формуле

Р_пр = ђ *Р_м * П (D₁² -D₂ ²) /4

ђ - величина относительной нагрузки

Р_м - давление жидкости в цилиндре

D₁ - диаметр поршня

D₂ - диаметр штока

Принимаем D₁ = 2,5 D₂

Отсюда находится диаметр поршня

D_{1 =} 0,0954

Из ряда диаметров цилиндров выбираем

D₁ = 100мм

D₂ = 40мм

3.5 Расчет гидроцилиндров механизма разъема кокиля

Усилие создаваемое приводом и необходимые для разъема кокиля, должен быть Р_пр > F₁ +F₂ + F₃

F₁ - усилие раскрытия кокиля

F₂ - усилие перемещения подвижных частей кокиля

F₂ = mgf, (22) где m - масса подвижных частей кокиля, кг

g - ускорение свободного падения, ^м/_с²

f - коэффицент трения в направляющих

F₃ = 0,25 F_{2 ,} (23)

где 0,25 - коэффицент усилия, необходимого для приодоления инерции подвижных частей машины

F₂ = 380*9,81*0,3 = 1120

F₃ = 0,25* 1120 = 280

Р_пр = 1120 + 280=1400

Усилие привода для текущего гидроцилиндра находится по формуле

Р_пр = ђ *Р_м * П (D₁² -D₂ ²) /4

ђ - величина относительной нагрузки

Р_м - давление жидкости в цилиндре

D₁ - диаметр поршня,М

D₂ - диаметр штока, М

Принимаем D₁ = 2,5 D₂

Отсюда находится диаметр поршня

D₁ = 0,091М

Из ряда диаметров цилиндров выбираем

D₁ = 100мм

D₂ = 40мм

3.6 Расчет гидроцилиндра опускания стола

Усилие создаваемое приводом для движения стола, должно быть

Р_пр > F₁ +F₂ (24)

где F₁ - усилие перемещения подвижных частей

F₂ - усилие для преодоления инерции подвижных частей

F₁= mg * k

где к - коэффицент учитывающий трение в направляющих

F₂= 0,25 F₁

F₁ = 800*9,81*1,1 = 8632,8

F₂ = 8632,8*0,25 = 2158,2

Р_пр = 8632,8*2158,2= 10791

т.к у нас два гидроцилиндра, то Р_пр.г = Р_пр /г = 5395,5

Усилие привода для текущего гидроцилиндра находим по формуле

Р_пр = ђ *Р_м * П (D₁² -D₂ ²) /4

Отсюда находится диаметр поршня

D₁= 0,112М

Из ряда диаметров цилиндров выбираем

D₁ = 125мм

D₂ = 50мм

3.7 Расчет шпилек гидроцилиндра

Равнодействующая нагрузка соединения перпендикулярна плоскости стыка и проходит через его центр тяжести. Все шпильки такого соединения напряжены одинаково.

Нагрузка на одну шпильку

R_ш = R/Ј

R - сила действующая на крышку гидроцилиндра

Ј - количество шпилек

Расчет производим на наиболее нагруженные шпильки механизма опускания стола

Номинальное напряжение растяжения в витке

G = 4 *R_м / П* d₁ ? [G]

G - допускаемые напряжение МПа

R_м - прилагаемые сила, Н

d₁ - внутренний диаметр шпильки, мм

По рекомендации G = 0,6G_г

G = 0,6* 240 = 144 МПа

Отсюда находим

d₁ =0.0044

d₁ =v4*5395,5/4 /3,14*144*10⁶ =0,0044

d принимаем из ряда диаметров = 10мм, где d₁ =7,5мм (из-за возможных больших нагрузок при большом Р в гидроцилиндра)

3.8 Расчет болтов крепления стола

Нагрузки от силы R равна

F_R = R /Ј (25)

где R нагрузка действующая на крепления стола;

Ј - число болтов максимально нагружены

Нагрузка от момента распределяется по болтам пропорционального их деформации при изгибе захвата. В свою очередь деформация пропорциональна расстоянием болтов от центра тяжести стыка, который является центом изгиба.

FМ = R*L/ г*х (26)

Где R - нагрузка действующая на крепления стола

L - плечо нагрузка

г - число болтов максимально нагруженных

х - расстояние от центра захвата до нагружаемых болтов

FМ = 5395,5*70 / 2*38 = 4969 Н

FУ = vFR + FМ

FУ = v (5395,5/2)2 +49692 = 5654 Н

Отсюда находим

d1 ? v 4 FУ /П[G]

d1 ? v 4*5654 / 3,14*144*106 = 0,0041 М

d1 = 4,1мм

d принимает из ряда диаметров = 8мм где d₁ = 5,5мм

4. Санитарно - техническая часть

4.1 Отопление

Система отопления предназначена для поддержания постоянной температуры в холодное время года.

В качестве теплоносителя системы отопления используют перегретую воду.

4.2 Вентиляция

В проектируемом цехе применяется естественная, механическая вентиляция, общая и местная.

4.3 Определение расхода тепла на отопление

Расход тепла на отопление можно определить по формуле:

(27)

где расход воды на отопление,;

- расход тепла 1здания;

количество часов отопительного сезона;

Vп=5074 мІ - объем помещения цеха.

Для Омска

теплота 1л воды.

Qп=(28*5280*5074)/(540*1000)=1389,148 т/год

Qп(общ)=1389,148*10і*540=7,5*10

Топливо потребуется:

7,5*10(9)/7000=107162,85 кг/год

при стоимости топлива 750

общая стоимость топлива

750*107,16285=80372,14 руб.

5. Энергетическая часть

5.1 Расход воздуха

Расход сжатого воздуха определяют для условий всасывания его компрессором в (при и )

Рассчитываем расход сжатого воздуха по укрупненным показателям, по формуле:

(28)

где расход сжатого воздуха на одну тонну годных отливок;

Vт=801 мі/т

годовая производственная программа цеха.

Nт=5000 т

V=801*5000=4005000 мі.

5.2 Расход воды

Вода расходуется на производственные и хозяйственные нужды. По укрупненным показателям ориентировочный расход воды в составит:[4]

- производственная - 45017,328; [4]

- питьевая для бытовых целей - 40000; [4]

- питьевая для производственных целей - 2000. [4]

Расход воды на охлаждение индуктора печи ИАТ-1,0 в соответствии с заводскими техническими характеристиками составляет 15 мі/ч

Фонд работы печи 3975

Установлено в цехе 8 печей.

Vиат=8*3975*15=350100 мі.

5.3 Расход электроэнергии

Литейные цеха потребляют как силовую электроэнергию, так и электроэнергию для освещения.[4]

Расход электроэнергии на освещение по укрупненным показателям может быть определен по формуле:

(29)

где средний расход электроэнергии на освещение площади цеха с учетом бытовых помещений, ;

площадь цеха с учетом бытовых помещений, F=5074 мІ;

годовое число часов освещения, ;

коэффициент, учитывающий дежурное освещение, .

Э0=14*5074*3890*1,05/1000=290146,542 кВт/год

Расчет силовой и технологической энергии определяют исходя из установленной мощности и действительного времени работы оборудования. Расчеты приведены в экономической части проекта.

Годовые затраты на энергоресурсы. Таблица 14

6. Строительная часть

6.1 Фундамент

Фундамент промышленных зданий по способу возведения могут быть монолитные и сборные. Обычно под промышленными зданиями устраивают отдельно стоящие сборные железобетонные фундаменты, которые могут быть двухблочные и многоблочные.

Рисунок 4. Схема фундамента

Рисунок 5. Колонны

Шаг колонн принимаем (18х6)м. Сечение колонн: 400х800 мм.

6.2 Покрытия

Покрытия состоят из следующих конструктивных элементов:

1) несущей конструкции;

2) настил покрытия;

3) кровля;

4) водоотвод.

6.3 Несущие конструкции

К несущим конструкциям относятся балки, подстропильные конструкции, которые изготавливаются из сборного железобетона или стали.

Фермы устанавливаются агатные на пролет шириной 18 м.

Подстропильные конструкции предусматриваются для балок и ферм, когда шаг колонн превышает шаг основных несущих конструкций.

6.4 Настил покрытия

Настил выполнен из плит.

Рисунок 6. Схема настила покрытия

1- ферма; 2- плита перекрытия; 3-теплоизоляция; 4- настил.

6.5 Кровля

В промышленных зданиях наибольшее распространение получили кровли из рулонного материала - толи и рубероида.

Водоотвод предусматривается внешний и внутренний. Водоотвод состоит из водосточных воронок, водоотводных труб и выпусков в колодец.

6.6 Световые и аэрационные фонари

Световые фонари предназначаются для освещения и вентиляции. Предусматриваем фонари n - образные с внутренним водоотводом.

Световой фонарь начинается на расстоянии 6 м от торцевой стены. Фонари делаем открывающиеся. Створки открываются механическим приводом. Каркас фонарей выполняется из стали.

7.1 Разработка мероприятий по снижению травматизма для плавильщика металлов в литейном цехе

Наиболее опасной из специальностей в литейном цехе является специальность «плавильщик металлов». Рассмотрим наиболее вероятные случаи возникновения травматизма при плавке алюминиевой шихты. Процессы связанные с плавкой алюминия происходят в плавильном отделении литейного цеха. Плавка шихты осуществляется в индукционной печи ИАТ 1,0.

7.2 Методы предотвращения получения ожогов рабочим, вследствие разбрызгивания металла

Весьма распространённой причиной ожогов является не только жидкий металл, но и возгорание специальной одежды рабочего. В процессе активных движений происходит накапливание электрического заряда до некоторой критической величины, и при сближении с заземленным проводником образуется искра.

Т.к. индукционные печи имеют заземление, то необходимо обезопасить рабочего выдав ему специальную одежду, материал которой, не способен накапливать электростатический заряд.

Плавильщику необходимо постоянно контролировать температуру металла, концентрацию газов, во избежание отравления. Наличие контрольно-измерительных приборов -- одно из условий безопасной и надежной работы оборудования. Это приборы для измерения давления, температур, статических и динамических нагрузок, концентраций паров и газов и др. Эффективность их использования повышается при объединении их с системами сигнализации, как это имеет место в газосигнализаторах, срабатывающих при определенных уровнях концентрации паров, газов, пыли в воздухе.

Для предотвращения взрыва металла в печи, необходимо следить за отсутствием влаги на используемых в работе инструментах.

Чтобы помочь избежать ожогов, необходимо предоставить рабочему защитные средства для лица, головы, а также верхнюю одежду и обувь, способные защитить от разбрызгивания металла

Для тушения возникшего пожара, в плавильном отделении, следует предусмотреть соответствующие устройства водяного, парового, газового или порошкового огнетушения.

7.3 Средства электробезопасности

Плавильщик цеха алюминиевого литья использует индукционные печи ИАТ 1,0, что связано с использованием электрического тока в обмотках тигля, для его нагрева до температуры 750 градусов.

Наиболее вероятны поражения электрическим током, при соединении тигля с электрической обмоткой, поэтому плавильщику необходимо постоянно следить за износом футеровки во избежание травм от действия электрического тока.

Повышение электробезопасности в печах достигается также применением систем защитного заземления, зануления, защитного отключения и других средств и методов защиты, в том числе знаков безопасности и предупредительных плакатов и надписей.

Требования к устройству защитного заземления и зануления электрооборудования определены ПУЭ (Правила Установки Электрооборудования).

Защитному заземлению или занулению подлежат металлические части, доступные для прикосновения человека, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции.

Защитное заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение металлических частей электроустановок с землей.

Схема защитного заземления представлена на рис. 6

Рисунок 7. Схема защитного заземления для Печи ИАТ-1,0:

1 -- трансформатор; 2 -- сеть; 3 -- корпус токоприемника; 4 -- обмотка тигля; 5 -- заземлитель; 6 -- сопротивление заземления нейтрали (условно)

При пробое изоляции токоведущих частей на корпус, изолированный от земли, он оказывается под фазовым напряжением Uф. В этом случае ток, проходящий через человека,

Iч = Uср/(Rч + Rсиз) (21)

где Rч -- сопротивление тела человека; Rсиз -- сопротивление средств индивидуальной защиты; при их отсутствии Rсиз = 0.

Iч = 380/(3 + 250)= 1,5 А

При замыкании любой фазы на корпус образуется контур короткого замыкания, характеризуемый силой тока весьма большой величины, достаточной для «выбивания» предохранителей в фазных питающих проводах. Таким образом, электроустановка обесточивается. Предусматривается повторное заземление нулевого проводника на случай обрыва нулевого провода на участке, близком к нейтрали. По этому заземлению ток стекает на землю, откуда попадает в заземление нейтрали, по нему во все фазные провода, включая имеющий пробитую изоляцию, далее на корпус. Таким образом, образуется контур короткого замыкания.