Проектирование литейного цеха по выплавляемым моделям

Введение

В данной работе проектируется литейный цех по выплавляемым моделям, разрабатывается технология получения отливки детали “Лопатка рабочая ТНД”. Производится обоснование технологичности конструкции и способа производства отливки.

Литьем можно получить заготовки практически любой сложности с минимальными припусками на обработку. Это очень важное преимущество, так как сокращение затрат по обработке резанием снижает себестоимость изделий и уменьшает расход металла.

В 1940-1942гг. началось освоение метода литья по выплавляемым моделям. Это связано в основном с необходимостью получения лопаток авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) из трудно обрабатываемых жаропрочных сплавов.

В конце 40-х годов было освоено получение по выплавляемым моделям разнообразных мелких, преимущественно стальных отливок, например, для мотоциклов, охотничьих ружей, швейных машин, а также бурового и металлорежущего инструмента. По мере развития и совершенствования процесса усложнялась конструкция изготовляемых по выплавляемым моделям отливок. В начале 60-х годов из жаропрочных сплавов на никелевой основе изготовлялись уже крупные цельнолитые роторы с бандажным кольцом. Для современного периода развития производства литья по выплавляемым моделям характерно создание крупных механизированных и комплексно автоматизированных цехов, предназначенных для массового и серийного выпуска отливок.

Промышленное применение этого метода обеспечивает получение из любых литейных сплавов сложных по форме отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов со стенками, толщина которых в ряде случаев менее 1 мм, с шероховатостью от Rz=20 мкм до Ra=1.25 мкм (ГОСТ 2789-73) и повышенной точностью размеров (до 9-10-го квалитетов по ГОСТ 26645-88).

Наиболее целесообразным способом литья таких деталей является литье по вылавляемым моделям, поскольку:

отливки имеют большую степень конфигуративной точности и максимально приближены к деталям. Отходы металла в стружку у литых заготовок в 1,5-2 раза меньше чем у деталей, изготовленных из проката.

литые заготовки имеют более низкую себестоимость, чем другие виды заготовок.

промышленное применение этого метода обеспечивает получение из любых литейных сплавов сложных по форме отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов со стенками, толщина которых в ряде случаев менее 1 мм, с шероховатостью от Rz=20 мкм до Ra=1.25 мкм (ГОСТ 2789-73) и повышенной точностью размеров (до 9-10-го квалитетов по ГОСТ 26645-88).

Литьем можно получить заготовки практически любой сложности с минимальными припусками на обработку. Это очень важное преимущество, так как сокращение затрат по обработке резанием снижает себестоимость изделий и уменьшает расход металла.

Данная отливка изготавливается из жаропрочного сплава ЖС6У-ВИ и имеет сложную конфигурацию, как наружного, так и внутреннего профиля. Следовательно, единственно возможным способом ее изготовления является литье по выплавляемым моделям.

Недостатком данного вида литья является низкая механизация и автоматизация технологических процессов. Несмотря на это, используемые на этапе проектирования или разработки технологии компьютерные модули сокращают сроки выполнения работ и исключают человеческий фактор. Роботизированные комплексы 3-го поколения позволяют заменить роботами ручной труд.

1. Организационная часть

.1 Производственная программа цеха

Производственная программа литейного цеха рассчитывается на основе заданной мощности цеха в тоннах годного литья, выбранной номенклатуры отливок и их количества на условный машинный комплект.

Проектируемый цех литья по выплавляемым моделям имеет годовую мощность 190 тонн, номенклатура отливок выбрана в количестве 5 типов:

Таблица 1.1 - Параметры выбранных деталей

Наименование	Масса детали, кг	Масса отл., кг	Шт. на изделие	Масса на изделие, кг
104.04.22.051	0,21	0,3	90	25,4
99.04.22.360	0,21	0,3	90	25,4
99.04.24.383	0,75	1,1	33	36
104.04.24.024	0,75	1,1	33	36
04.64.20.003	0,02	0,1	67	4,02

1. Количество отливок для выполнения годовой программы:

 (1.1.1)

где М - годовая мощность цеха, т;

 - масса отливки, т;

k_i - количество отливок на изделие, шт.

. Количество отливок на изделие:

 (1.1.2)

где - брак механических цехов, 5%;

α_з/ч - литье на запчасти, 10%.

. Масса отливок на изделие:

 (1.1.3)

. Количество отливок на запчасти:

 (1.1.4)

. Масса отливок на запчасти:

 (1.1.5)

. Количество отливок на брак механических цехов:

   (1.1.6)

. Масса отливок на брак механических цехов:

 (1.1.7)

Результаты расчета приведены в таблице 1.2

Таблица 1.2 - Производственная программа цеха

Наименование отливок	Вес, кг		Годовая производственная программа
			На изделие		На запчасти		На брак мех. цехов		Всего
	детали	отливки	шт.	т	шт.	т	шт.	т	шт.	т
1	2	3	6	7	8	9	10	11	12	13
104.04.22.051	0,21	0,3	111550	33,46	11155	3,35	3346	1,00	128282	38,48
99.04.22.360	0,21	0,3	111550	33,46	11155	3,35	3346	1,00	128282	38,48
99.04.24.383	0,75	1,1	40902	44,99	4090	4,50	1227	1,35	47037	51,74
104.04.24.024	0,75	1,1	40902	44,99	4090	4,50	1227	1,35	47037	51,74
04.64.20.0003	0,02	0,1	83042	8,30	8304	0,83	2491	0,25	95499	9,55
Всего			387945	165,22	38794	16,52	11638	4,96	446137	190,00

На основе данных производственной программы цеха составляется баланс металла, который в свою очередь является производственной программой плавильного отделения. Баланс металла по цеху рассчитывается по следующим формулам:

1. Масса литников по программе:

  (1.1.9)

где - вес отливки с литниковой системой, т.

. Масса отливок на технологически неизбежный брак:

 (1.1.10)

где - технологически неизбежный брак по отливке, 10%.

. Масса отливок на технологические потери:

 (1.1.11)

где - процент технологических потерь, связанных с транспортировкой и разливкой металла, а также с переналадкой оборудования, 3%.

4. Масса жидкого металла:

 (1.1.12)

. Масса угоревшего металла:

  (1.1.13)

где - угар элементов шихты при плавке,%;

= 4%.

. Металлозавалка:

  (1.1.14)

Таблица 1.3 - Баланс металла по цеху

Наименование отливок	Годное		Литники		Технологический неизбежный брак			Технологические потери			Жидкий металл				Угар
	т	%	т	%	т	%	т			%		т		%		т		%
1	2	3	4	5	6	7	8		9		10		11		12		13
104.04.22.051	38,48	20,26	111,35	19,36	14,82	19,37	4,45		2,55		167,50		96		6,98		2
99.04.22.360	38,48	20,26	111,35	19,36	14,82	19,37	4,45		2,55		167,50		96		6,98		2
99.04.24.383	51,74	27,23	139,56	24,27	19,18	25,07	5,75		2,55		216,77		96		9,03		2
104.04.24.024	51,74	27,23	139,56	24,27	19,18	25,07	5,75		2,55		216,77		96		9,03		2
04.64.20.0003	9,55	5,03	73,29	12,74	8,50	11,11	2,55		11,11		96,02		96		4,00		2
Итого	190	100	575,10	100	76,51		22,95				864,57				36,02

Для расчета производственной программы отделений цеха литья по выплавляемым моделям определяется, какое количество изделий в пределах технологического процесса должно быть изготовлено с учетом всех технологических потерь. Для учета технологически неизбежного брака и потерь, вводятся коэффициенты технологических потерь, которые рассчитываются по отделениям и учитывают потери и брак не только по операциям в отделении, но и по всем последующим операциям.

. Число модельных блоков на программу:

(1.1.15)

где - число моделей в блоке.

. Масса модельного состава на одну модель:

(1.1.16)

где  - плотность модельного состава и материала отливки, г/см³.

. Масса модельного состава на один блок:

(1.1.17)

где - объем литниковой системы и модельного стояка, дм³.

. Масса модельного состава на программу:

(1.1.18)

. Количество модельных блоков на программу с учетом потерь:

(1.1.19)

где R₄ = 1,064 - коэффициент технологических потерь на изготовление модельных блоков.

. Количество модельного состава на программу с учетом потерь:

(1.1.20)

. Количество оболочек на программу с учетом потерь:

(1.1.21)

где R₃ = 1,061- коэффициент технологических потерь на изготовление форм.

. Количество суспензии на программу с учетом потерь:

 (1.1.22)

где V_ф - объем оболочковой формы, м³,

Бр_сус = 5% - потери при изготовлении суспензии.

. Количество блоков отливок на программу с учетом потерь:

(1.1.23)

где R₂ = 1,056 - коэффициент технологических потерь на изготовление блоков отливок.

. Количество отливок на программу с учетом потерь:

(1.1.24)

где R₁ = 1,053 - коэффициент технологических потерь на обрубке и отделке отливок.

. Масса отливок на программу с учетом потерь:

(1.1.25)

. Металлозавалка на программу с учетом потерь:

 (1.1.26)

где α_у,тп - общий процент угара и технологических потерь.

При расчете массы модельной массы и электрокорунда на программу был учтен возврат, равный 75%.

Результаты расчета приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Исходные технологические данные по цеху ЛПВМ

Наименование отливок	Масса отливки, кг	Годовая программа		Число моделей в блоке	Число мод. блоков на пр-му	Масса модельного состава, кг
		шт.	т	шт	шт.	на 1 модель	на 1 блок	на пр-му
1	2	3	4	5	6	7	8	9
104.04.22.051	0,28	128282	38,48	21380	0,04	0,04	812,45
99.04.22.360	0,28	128282	38,48	6	21380	0,16	0,04	812,45
99.04.24.383	1,09	47037	51,74	2	23518	0,03	0,15	3527,76
104.04.24.024	1,09	47037	51,74	2	23518	0,20	0,15	3527,76
04.64.20.0003	0,06	95499	9,55	11	8682	0,04	0,01	69,45
Всего		446137	190		98479	0,477	0,384	8749,9

1.2 Структура цеха. Транспортно-технологическая схема

Весь технологический процесс изготовления отливок, начиная от получения моделей и заканчивая отгрузкой готовых отливок, осуществляется в одном цехе.

Цех состоит из пяти основных производственных подразделений:

1.    Модельное;

2.       Облицовочное;

.         Прокалочное

.         Плавильно-заливочное;

.         Термообрубное.

В состав помещений литейного цеха производства отливок литьем по выплавляемым моделям входят: производственные, вспомогательные и складские помещения.

Вспомогательное отделение состоит из участков подготовки шихты, приготовления огнеупорной массы, удаления отходов, ремонтные службы цехового механика и энергетика, трансформаторная и насосная станция, вентиляционные и пылеочистные установки, пульты управления, инструментальная, цеховая лаборатории.

Склады цеха литья по выплавляемым моделям: модельной массы, пресс-форм, огнеупоров, цехового механика и энергетика, готовых отливок, кладовые вспомогательных материалов.

.3 Режим работы и фонды времени

В литейном цехе применяют три вида режимов работы: параллельный всех отделений цеха, с выделением операций с вредными выделениями в отдельные помещения или локализацией их при помощи различного вида герметизированных укрытий, с местными отсосами; ступенчатый, с разделением операций по времени, в неизолированных общих помещениях; комбинированный, назначаемый с учетом массы отливки и характера их производства в различных отделениях цеха.

При поточном производстве в литейных цехах обычно предусматривают параллельный двухсменный режим работы.

В соответствии с кодексом законов о труде (КЗОТ) для трудящихся на машиностроительных заводах, в том числе и для литейных цехов, установлена продолжительность рабочей недели 40 часов (5 рабочих дней), продолжительность рабочей смены составляет восемь часов, в предпраздничные дни - 7 часов; для плавильщиков продолжительность рабочей смены составляет 6 часов и работают они в четыре смены. На участке нанесения керамического покрытия продолжительность смены 8 часов, количество смен равно 3.

Режим работы смен:

первой - с 8.00 до 16.40;

второй - с 16.40 до 01.20 часов;

третьей - с 01.20 до 09.00.

На основании существующих законодательств, определяют фонды времени работы оборудования и рабочих [16]:

календарный Фк = 365 * 24 = 8760 часов;

номинальный, Фн ;

действительные (расчетные) фонды времени, Фд.

Номинальный годовой фонд времени - полное количество часов в годовом количестве рабочих смен. При 40 - часовой рабочей неделе Фн составляет 3946 часов при работе в две смены, 5919 часов в 3 смены и плавильщиков.

Расчетный фонд времени работы оборудования - количество часов в году, в течение которых оборудование может работать. Для определения Фд работы оборудования из Фн условно исключают время пребывания оборудования в плановых ремонтах, установленное нормами системы планово-предупредительных ремонтов. Простои оборудования, вызванные недостатками в организации производства по внешним причинам, при определении Фд не учитывают. Все проектные работы ведут относительно Фд работы оборудования и рабочих.

Все проектные расчеты (за исключением расчетов складских помещений, при которых используется Фк) ведут относительно Фд работы оборудования и рабочих.

Режим данного проектируемого цеха должен соответствовать режиму работы машиностроительного предприятия.

Работа в цехе идет в две, три смены

Результаты расчета фондов времени по проектируемому цеху приведены в таблицах 1.5 и 1.6.

Таблица 1.5 - Фонды времени работы оборудования

Оборудование.	Число смен.	Номин.год. фонд, час.	Действ. год. фонд, ч.	Потери номин. фонда,%
Оборудование для приготовления модельного состава и суспензии, удаление мод. состава, выбивки отливок, обрубки и очистки.	1	2070	2030	2
Сушки, прокаливания форм, изготовления моделей и стержней	2	3894	3700	5
Оборудования для нанесения керамического покрытия, Печи плавильные.	3 4	5841 5841	5140 5140	12 12

Таблица 1.6 - Фонды времени работы рабочих

Рабочий персонал.	Продолжительность рабочей недели, ч.	Номинальный годовой фонд времени, ч.	Продолжит. основн. отпуска, дни.	Потери от номинал. фонда времени,%	Дейст. год фонд времени ч.
Рабочие, обслуживающие литейное оборудование.	40	1946	24	11,5	1723
Плавильщики.	30	1460	24	11,5	1292

2. Конструкторская часть

.1 Обоснование способа производства

Выбор способа производства литой детали зависит от ряда факторов:

материала отливки;

массы, габаритов, конфигурации отливки;

точности размеров и шероховатости поверхности;

масштаба производства;

наличия способа производства на данном заводе;

результатов экономических расчетов.

Для изготовления отливки лопатки необходимо применять способ литья, который позволял бы получить качественные изделия с высокой точностью размеров и минимальной механической обработкой, так как лопатки изготавливаются из сплавов, механическая обработка которых затруднена, и являются тонкостенными деталями с развитой системой внутренних полостей.

Отливки такого типа можно получить литьем по выплавляемым моделям - это способ получения отливок в многослойных оболочковых неразъемных разовых формах с использованием моделей однократного применения.

Метод литья по выплавляемым моделям обеспечивает получение сложных по форме отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов со стенками, толщина которых менее 1 мм, с шероховатостью от Rz=20 мкм до Ra=l,25 мкм и повышенной точностью размеров.

Данная отливка изготавливается из жаропрочного сплава ЖС6У-ВИ и имеет сложную конфигурацию, как наружного, так и внутреннего профиля. Следовательно, единственно возможным способом ее изготовления является литье по выплавляемым моделям.

2.2 Анализ технологичности конструкции детали

Технологичность конструкции детали - совокупность свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при изготовлении детали. Технологичной можно считать такую конструкцию литой детали, которая в максимальной степени отвечает требованиям, как литейной технологии, так и технологии механической обработки. От технологичности конструкции литых деталей зависят качество отливок и издержки производства при их изготовлении.

К факторам, влияющим на технологичность, относятся:

факторы технологичности применяемого сплава: физико-химические, литейные, технологические, специальные свойства.

факторы, характеризующие выбранный метод литья: точность, шероховатость поверхности, припуск на обработку резанием, структуру и механические свойства отливок, ограничение массы, размеров и сложности конфигурации отливки, наличие специфических дефектов.

факторы технологичности обработки резанием: геометрическая форма отливки, расположение отверстий, приливов, баз для механической обработки.

Учет указанных факторов при разработке технологического процесса изготовления отливки позволяет максимально приблизить отливку по размерам и конфигурации к окончательно обработанной детали и обеспечить наименьшие затраты на ее изготовление.

Наименьшая толщина стенок отливки, которая может быть выполнена литьем по выплавляемым моделям 0,5...2 мм при площади их поверхности не более 100x100 мм [3]. Данная деталь имеет толщину стенки от 1,08 мм до 6 мм и площадь поверхности меньше 100x100мм.

Отношение толщин двух сопрягаемых стенок не должно превышать 4:1. В данной лопатке при сопряжении пера и полочной части лопатки это соотношение равно 1:1,8, то есть значения отношений не превышают допустимые.

Плавные переходы обеспечивают надежность конструкции. Резкие переходы, острые углы являются концентраторами напряжений - их необходимо исключить. В конструкции лопатки места перехода от пера к полочной части выполнены радиусом 3 мм.

Внутренняя полость представляет собой протяженную узкую сложную полость малого сечения, поэтому ее получение возможно только с помощью стержня.

На основе проделанного анализа технологичности конструкции данной детали можно сделать вывод, что конструкция рабочей лопатки является технологичной.

.3 Разработка технологии получения отливки «Лопатка рабочая ТНД»

.3.1 Разработка чертежа "Элементы литейной формы"

Литниково - питающая система (ЛПС) служит для обеспечения заполнения литейной формы металлом с оптимальной скоростью, исключающей образование в отливке недоливов и неметаллических включений, компенсации объемной усадки в период затвердевания отливки с получением в ней металла заданной плотности.

На данном этапе проектирования необходимо решить следующие вопросы:

выбор положения отливки в форме при заливке;

выбор разъема пресс-формы;

назначение расположения и величины припусков на механическую обработку и напусков;

проектирование стержня;

выбор типа литниковой системы и ее расчет;

Все перечисленные данные наносят на копию чертежа детали. Полученный таким образом чертеж называют согласно ГОСТ 3.1125-88 чертежом элементов литейной формы. Чертеж элементов литейной формы является основным руководящим техническим материалом работников модельного и литейного участков.

.3.2 Выбор положения отливки в форме при заливке

Отливку в форме располагаем вертикально, т.к. это обеспечивает хорошее заполнение формы снизу вверх. Толстые части отливки располагаются сверху и снизу, к ним подводится питатели. Наиболее ответственная часть отливки - перо, располагается вертикально.

Для возможности извлечения готовой модели из полости пресс-формы без ее повреждения выбираем разъем вдоль пера лопатки. Разъем пресс-формы показывают отрезком и над ним указывают буквенное обозначение разъема - ПФ. Положение правой и левой матриц пресс-формы обозначают буквами П и Л соответственно. Буквы проставляют у стрелок, показывающих направление разъема матриц пресс-формы.

Требования по точности отливок регламентируются ГОСТ 26645-85. Припуски на механическую обработку устанавливают в зависимости от допусков размеров отливки каждого элемента. Припуски назначаются только на поверхности, которые подвергаются впоследствии механической обработке. Такими поверхностями являются поверхности полок. Классы размерной точности отливок и припуск на механическую обработку зависят от способа литья. Точность отливки 5-0-8-4 ГОСТ 26645-85. [2].

.3.3 Проектирование стержня

Тонкие и протяженные полости в отливках выполняют при помощи керамических стержней. Для изготовления отливки данного типа применяем керамический стержень. Для надежного крепления стержня в оболочковой форме предусматриваем знаковые части вдоль выходной кромки, со стороны полочных частей.

2.3.4 Выбор типа литниковой системы и её расчет

При выборе конструкции ЛПС необходимо стремиться к соблюдению следующих положений:

обеспечивать принцип направленного затвердевания;

наиболее протяженные стенки и тонкие кромки ориентировать в форме вертикально;

создавать условия для экономичного и механизированного производства отливок.

Для ЛПВМ применяют следующие виды ЛПС:

I.     Центральный стояк

II.      Горизонтальный коллектор. Вертикальный коллектор.     Вертикальный коллектор, заполняемый снизу.      Боковая прибыль.        Верхняя прибыль.        Местная прибыль и коллектор.  Система местных прибылей

При литье лопаток чаще всего применяются ЛПС типа II, IV, VII. Так как масса данной лопатки менее 1 кг, то выбираем ЛПС типа II. ЛПС типа II, который представляет собой центральный стояк, на котором в один - два яруса и более расположены горизонтальные коллекторы, обычно в виде радиальных лучей, дисков и колец. Двухъярусная ЛПС удобна для отливок, требующих подвода металла через два питателя. Центральное расположение стояка обуславливает естественное замедление его охлаждения и способствует направленному затвердеванию периферийно расположенных отливок. Зумпф в нижней части стояка смягчает отрицательное действие механического и теплового ударов, имеющих место в начальный момент заливки.

После выбора типа ЛПС, опираясь на принцип направленного затвердевания и закономерности процесса питания, можно обеспечить выведения усадочной раковины из тела отливки в прибыль. Расчет последней должен быть выполнен с учетом замедленного затвердевания от её начальной температуры.

Расчет элементов питания производим по методу вписанных сфер [3]. В методе вписанных сфер условно принято, что диаметр сферы, вписанной в тело отливки, отражает относительную продолжительность затвердевания на рассматриваемом участке. Принцип направленного затвердевания считается выдержанным, если диаметр вписанной сферы постепенно увеличивается в направлении от торцевой части отливки к питателю.

Диаметры сфер, вписанных в тепловые узлы, берутся с чертежа детали.у=18 мм;’у= 4 мм;

По эмпирическим формулам [3] принимаем следующие размеры элементов литниковой системы:

Толщина питателя:

а_пит = (1…1,2)·Dу = (1…1,2)·18 = 18…2,16 мм.

а’_пит = (1…1,2)·4 = 4…4,8 мм.

Принимаем апит = 18 мм, а’пит = 4 мм.

Горизонтальный литниковый ход:

_x = k1 D’у,

где k₁ - коэффициент, отражающий характер и величину усадки сплава.

Примем k₁ = 1,8._x = 1,8·4 = 7,2 мм.

Из конструктивных соображений примем bx = 8 мм.

Стояк:

а_с > k2bx

а_с = 1,3·7,2 = 10,4 мм.

Из конструктивных соображений примем а_с = 20 мм.

В месте крепления верхних питателей примем диаметр стояка а_с = 40 мм.

Чертеж отливки выполняется на основании чертежа элементов литейной формы. Он содержит технические требования и все данные, необходимые для изготовления, контроля и приемки отливки.

Внутренний контур обрабатываемых поверхностей, а так же отверстий, впадин и выточек, не выполняемых в литье, вычерчивают сплошной тонкой линией. Остатки питателей, стояков и прибылей, если они не удаляются полностью в литейном цехе, вычерчивают тонкой линией. При обрезке резцом, дисковой, пилой и т.д. линию среза выполняют сплошной тонкой линией.

.4 Проектирование пресс-форм

Пресс-форма модели - это инструмент для изготовления выплавляемой модели. Основные требования к пресс-форме заключаются в следующем:

а) возможность получения модели отливки с заданной точностью размеров и шероховатостью поверхности.

б) минимальное число разъемов для повышения точности модели и для легкости её извлечения.

в) технологичность в изготовлении, долговечность и удобство в работе.

При крупносерийном и массовом производстве следует применять пресс-формы, изготовленные из стали и алюминиевых сплавов. В таких пресс-формах за одну запрессовку получают модель с готовой частью литниковой системы. При необходимости получения точных и сложных отливок выбирают одногнездные пресс-формы, изготовленные механической обработкой, даже если отливок требуется небольшое количество [3].

Требуемая шероховатость сопрягаемых поверхностей, поверхностей втулок и других подвижных частей в пределах Ra = 1,25...0,63 мкм, поверхностей, образующие ЛПС, в пределах Ra = 2,5... 1,6 мкм, остальных нерабочих частей до Rz = 40... 10 мкм [3].

Рабочие лопатки являются сложными по конфигурации деталями, к ним предъявляются высокие требования по точности размеров и шероховатости поверхности, поэтому для изготовления их моделей рекомендуется использовать одногнездные пресс-формы, рабочие полости которых изготовлены механической обработкой [3].

Основные части пресс-формы - матрицы корыта, спинки, при помощи которых формируется наружный профиль пера модели, а также матриц полок корыта и спинки, при помощи которых происходит формирование полочной части модели. Матрицы пера и полок крепят между собой винтами. Для надежной центровки присоединяемых частей используются штифты.

В конструкции пресс-формы модели предусматриваем один рабочий разъем, что достигается использованием вкладышей, позволяющих получать контур модели без дополнительных разъемов, несмотря на то, что лопатка имеет очень сложный контур. Используем вкладыши для получения торца полок. Для крепления верхнего вкладыша для оформления полок применяем специальный винт. Это необходимо для предотвращения выталкивания вставки давлением модельной массы при запрессовке модели. Вкладыш для оформления торцовой части верхней полки вставляют пресс-форму перед каждой запрессовкой и вынимают после запрессовки для удобства извлечения модели.

Для установки стержня в полости пресс-формы предусматриваем упоры, закрепленные в матрице. Для точной установки упоров используем установочные винты.

Для сборки пресс-формы в конструкции предусматриваем специальные винты. Полуформа корыта устанавливается в корпус, фиксируется базовый штырь, устанавливается стержень и накрывается полуформой спинки, устанавливается верхняя крышка с боковыми вкладышами, и винты затягиваются. Соединение полуформ производится по направляющим.

Внутренние размеры пресс-формы увеличены по сравнению с истинными размерами модели на величину усадки модельной массы в процессе ее остывания. Для модельной массы на основе карбамида и воскообразных составов линейная усадка обычно колеблется в пределах 0,5... 1,5%. Принимаем 1,5%.

3. Технология изготовления отливки лопатки турбины низкого давления (ТНД)

.1 Изготовление спекаемых керамических стержней

Для получения в отливках протяженных сложных полостей, сужающихся до 1мм применяют керамические стержни: негазотворные без связующих или с неорганическими связующими. Такие стержни обладают высокими технологическими свойствами:

стойкость к тепловым ударам до температуры 1250... 1300 °С;

точность размеров в пределах не менее ± 0,15% номинальных;

высокая прочность - σ > 15 МПа;

высокая пористость (влагоемкость) - 25...30%;

сравнительно низкая плотность - 1200...1700 кг/м3;

химическая инертность;

температура начала деформации не менее 1250 °С.

Для изготовления керамических спекаемых стержней наибольшее распространение получили следующие материалы:

основа - порошки электрокорунда, карбида кремния, циркона, НКС (плавленого кварца);

пластификатор - парафин, полиэтилен, канифоль [3].

Для изготовления внутренней полости лопатки применим керамические спекаемые стержни, приготовленные из состава на основе электрокорунда и карбида кремния, так как они обладают достаточной прочностью при высоких температурах, что необходимо при получении отливок с тонкими протяженными внутренними полостями [3]. В качестве пластификатора используем состав на основе смеси парафина и полиэтилена. Пластификатор придает жидкотекучесть стержневой массе и таким образом обеспечивает заполнение стержневой массой тонких каналов при изготовлении стержня в пресс-форме.

Состав стержневой массы (в весовых процентах):

а) электрокорунд 12(10) 17,0%

б) электрокорунд 5 (М63) 20,0%

в) электрокорунд 4 (М50) 45,0%

г) карбид кремния марки 64С, зернистость М10 или Ml4 2,5%

д) пластификатор ПП-10 15-17%

В конвертор с мелющими телами и шихтой загружается смесь порошков электрокорунда в соотношениях 1:2 соответственно. Порошки перемешиваются при температуре 95... 100 °С в течение 1 часа.

Во второй конвертор загружается пластификатор и нагревается, затем добавляют порошок карбида кремния и перемешивают в течение 5... 10 мин. Далее добавляют смесь подогретого порошка электрокорунда и перемешивают до получения однородной массы.

Готовую массу сливают на водоохлаждаемый стол через сито 2,5...5,0, после охлаждения разрезают на куски размером 50x50 мм и высотой 15...20 мм. Массу хранить в сухом месте.

Спеченные стержни получают сухим твердофазным и жидкостным спеканием. Под спеканием понимают изготовление камнеподобных предметов в результате обжига сформованных с пластификатором смесей из полидисперсных порошков. Стержни данной лопатки необходимо изготавливать сухим спеканием. Стержни, изготовленные таким методом, имеют высокую прочность при 20 °С и при заливке расплава [3].

Керамические стержни формируют в пресс-формах [3]. Для заполнения пресс-формы стержневой массой используются пресс-автоматы.

Параметры прессования определяются свойствами стержневой массы.

Прессование стержней производится при следующих параметрах:

температура пресс-формы 40...45 °С;

температура массы 100+10°С;

давление прессования 2,0...2,5 МПа;

давление на зажиме 7,5...8,5 МПа;

длительность выдержки под давлением - не менее 12 с.

После завершения прессования стержень снимается с пресс-формы струей сжатого воздуха. Остатки стержневой массы тщательно сдуваются струей сжатого воздуха. Пресс-остаток расплавляют в кружке. После запрессовки произвести визуальный контроль стержня на наличие трещин, сколов, утяжки, недопрессовок. Стержни, имеющие дефекты на рабочих поверхностях, следует забраковать. Облой по разъему пресс-формы, следы по поверхности стержня от вставок, наделок в пресс-форме не должны превышать 0,1 мм. Облой стержня необходимо зачистить надфилем, не допуская врезания в тело стержня. Для изготовления стержней применяется пресс PYE 10, характеристика которого дана в таблице 3.1:

Таблица 3.1 - Техническая характеристика пресса PYE 10

Параметры
Наибольшая производительность: по числу запрессовок в час		19
Давление прессования, МПа		1,5…3,5
Давление на зажиме, МПа		6,5…16,0
Температура стержневой массы по прибору термостата, оС		100…145
Установленная мощность, кВт		5,2
Габаритные размеры, мм:	Длина	1500
	Ширина	1000
	Высота	1960

Расчет потребного количества оборудования производится по формуле:

 (3.1.1)

где Q - годовой объем работ выполняемых на данном виде оборудования, шт.;

Ф_д - действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;

В_р - расчетная производительность (на 10% меньше паспортной);

R_H - коэффициент неравномерности. Для серийного производства:

R_H = 1 - 1,2;

Р_р = 429455·1/3700·16 =7,25;

Интенсивность использования оборудования, относительно действительного фонда времени регламентируется коэффициентом загрузки R_з, он должен быть в пределах (0,8 - 0,85):

 (3.1.2)

где Р_пр - принятое количество оборудования;

R_з =7,25/8 = 0,944;

Т.о. необходимое количество прессов 8 штук.

Запрессованные стержни-сырцы имеют невысокую прочность и подвержены короблению. Для выправления стержней используют рихтовку -стержень укладывается на гипсовый драйер, помещают драйер в термошкаф и выдерживают в нем при температуре 40...50 °С до полного прогрева стержня. Затем драйер со стержнями охлаждают на воздухе до комнатной температуры [3].

Обжигают стержни в газовых печах, так как в них можно поддерживать окислительную среду, необходимую для сжигания пластификатора и выделяемого им углерода [3].

После обжига охлаждают короба до комнатной температуры. Очистку поверхности стержня от глинозема производят, не допуская повреждения поверхности изделия. Особое внимание нужно обратить на недопустимость глинозема в отверстиях.

Расчет потребного количества оборудования производится по формуле:

где Q - годовой объем работ выполняемых на данном виде оборудования, шт.;

Ф_д - действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;

В_р - расчетная производительность (на 10% меньше паспортной);

R_H - коэффициент неравномерности. Для серийного производства:

R_H = 1 - 1,2;

Р_р = 357879·1/5140·72 =0,96;

Интенсивность использования оборудования, относительно действительного фонда времени регламентируется коэффициентом загрузки R_з, он должен быть в пределах (0,8 - 0,85):

где Р_пр - принятое количество оборудования;

R_з =1,1/2 = 0,72;

Т.о. необходимое количество печей 1.

Пропитка керамических стержней позволяет повысить их прочность приблизительно в 3 раза [3].

Пропитку производить 1...2 раза. Погрузить вручную кассету со стержнями в ванну с расплавом модельной массы ЗГВ-101, предварительно разогретую до 115+5°С. Выдержать стержни в ванной в течение 1 минуты. После каждой пропитки стержни сушить на воздухе в течение 30 минут или в термошкафу при температуре 150... 200°С в течение 5... 10 минут.

Проверяется 100% стержней визуально по следующим дефектам: облой от вставок пресс-формы, скол, инородное включение местная рыхлота, плавность перехода между сечениями.

. Состав должен точно воспроизводить конфигурацию рабочей полости пресс-формы и ее поверхности, не прилипать к пресс-форме. Поверхность модели должна быть чистой, глянцевой.

. После затвердевания в пресс-форме состав должен иметь твердость и прочность, достаточные для того, чтобы модели не деформировались и не повреждались на всех технологических операциях.

. Усадка состава при охлаждении и расширение его при нагреве должны быть минимальными и стабильными.

. Состав должен быть несложным в приготовлении, иметь минимальное число компонентов, желательно недорогих и недефицитных.

. Температура плавления модельного состава должна быть невысокой, в пределах 60-100°С, что облегчает изготовление и удаление моделей из полости литейных форм. Температура размягчения должна быть выше комнатной на 10-15°С. Выплавляемый состав должен обладать хорошей жидкотекучестью в расплавленном состоянии.

. Модельные составы, запрессовываемые в пастообразном состоянии, должны иметь в этом состоянии хорошую текучесть и заполняемость.

. Продолжительность затвердевания модельного состава в пресс-форме должна быть минимальной.

. Плотность состава должна быть минимальной, для предотвращения поломок от собственного веса.

.Химическое взаимодействие состава с материалом пресс-формы, а также о вязующим раствором и огнеупорной основой суспензии недопустимо.

.Состав должен хорошо смачиваться, хорошо спаиваться, для облегчения сборки блоков.

.Зольность должна быть минимальной, структура - однородной.

. Модельные составы используются повторно, поэтому потери его в процессе применения должны быть минимальными.

. Состав в любом состоянии должен быть безвредным для здоровья рабочих. Отходы модельного состава не должны загрязнять окружающую среду.

Для получения данной отливки наиболее целесообразными являются модельные массы, в состав которых входят водорастворимые и воскообразные компоненты. Наличие воскообразных компонентов позволяет снизить гигроскопичность, хрупкость и склонность к взаимодействию с формой карбамидных составов. При удалении моделей в горячей воде воскообразную часть можно использовать повторно [4].

На основе вышеизложенных требований для изготовления модели лопатки выберем модельную массу MB, в состав которой входят:

карбамид марки А гранулированный (мочевина)50%;

состав модельный BMP-1 25%;

состав модельный ЗГВ-101 25%;

а для изготовления моделей элементов ЛПС модельную массу МВС-ЗА:

парафин 67%;

церезин 25%;

полиэтиленовый воск 8%.

Предварительное приготовление модельного состава состоит в поочередном расплавлении составляющих с последующей подачей на операцию приготовления пастообразного состава. Для получения данной отливки наиболее целесообразными являются модельные составы 1-й группы. Модельные составы других групп имеют ряд недостатков: имеют высокую температуру каплепадения, смачиваемость суспензией и высокий коэффициент расширения при нагреве, высокую вязкость и др. Будем использовать модельную массу ЗГВ-101, как наиболее полно отвечающую поставленным требованиям.

Модели из модельной массы ЗГВ-101 получаются прочными, теплостойкими, точными, с твердой и чистой поверхностью, при хранении в сухом месте хорошо сохраняют качество поверхности и размерную точность.

Для приготовления модельной массы МВ используют модельный состав

ЗГВ - 101, и мочевину. Соотношение модельного состава ЗГВ - 101 и мочевины 1:1 по массе.

Примечания:

для элементов литниковой системы модельную массу МВ готовят из модельного регенерата,

модельную массу из ЗГВ - 101 и из модельного регенерата готовят в разных термостатах.

Последовательность процесса.

. Включают термостат с глицериновым обогревом. Индекс потенциометра КСП - 3 устанавливают на температуру 75 - 80°С. Расплав модельного состава перемешивают в печи лопаткой для полного исчезновения нерасплавленных кусков и осадка.

. Устанавливают ведро у носка печи, наклоняют печь поворотом рычага и наполняют его модельным составом. Затем ведро с содержимым взвешивают и фиксируют результат на листке. Выливают расплав в термостат, не допуская пролива, и взвешивают пустое ведро, также фиксируя результат.

. Вычисляют количество модельного состава. При необходимости (если залитого в термостат количества модельного состава недостаточно) повторяют операцию. Рекомендуемое количество модельного состава, залитого в термостат 8- 12кг, но не более 14кг.

. Измеряют температуру модельного состава термометром. Температура расплава перед загрузкой мочевины должна быть 75 - 85°С.

. В предварительно взвешенное пустое ведро совком загружают мочевину. Взвешивают ведро с мочевиной и отмеренное количество совком загружают в ванну термостата в 2 или 3 приёма, перемешивая массу лопаткой после каждой загрузки.

. Устанавливают мешалку над ванной термостата и опускают её, нажав на кнопку «Вниз», до полного погружения лопастей. Закрывают крышкой термостат и включают мешалку.

. Перемешивают смесь по всей высоте до получения однородной массы. В готовой модельной массе не допускается наличие комочков мочевины. Время перемешивания 20 - 30 минут.

В связи с высокими требованиями к размерной точности и качеству поверхности отливки, систематически контролируется качество исходных материалов, и проверяются свойства модельного состава. Контролируют прочность, пластичность, твердость, теплоустойчивость, температуру размягчения, плавления, воспламенения, кипения, вязкость, плотность, зольность, жидкотекучесть, объемную и линейную усадку, расширение при нагреве, качество поверхности моделей или специальных образцов.

Выбор, расчет, характеристика оборудования и технология приготовления модельной массы

Для приготовления модельной массы используем установку модели ПБ 1646, характеристика которой приведена в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Техническая характеристика установки модели ПБ 1646:

Параметры
Наибольшая производительность, л/ч	63
Наибольшее давление в мазепроводе, Мпа	1
Температура модельной массы на выходе, ˚С	70-80
Содержание воздуха в модельной массе,%	0-20
Температура воды в насосно-нагревательной станции, ˚С	40-90
Давление пара, Мпа	0,11-0,14
Температура пара, ˚С	100-110
Расход: пара, кг/ч сжатого воздуха, м3/ч воды, м3/ч	250,51
Мощность нагревателей, кВт	24
Установленная мощность, кВт	34,1
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	11009001300
Масса, кг	500

Расчет потребного количества оборудования производится по формуле:

Т.о. необходимое количество установок для приготовления модельного состава равно 2.

Процесс изготовление моделей в пресс-формах включает подготовку пресс-формы, введение в ее полость модельного состава, выдержку модели до затвердевания, разборку пресс-формы и извлечение моделей, а также охлаждение моделей до температуры производственного помещения [3].

Подготовка пресс-формы заключается в очистке, смазывании рабочих поверхностей и сборке. На рабочих поверхностях пресс-формы не допускаются остатки модельной массы.

Пресс-форму перед началом работы подогревают в термостате до температуры 30...40 °С.

Устанавливается стержень на базовые штыри полуформы корыта, накрывается полу формой спинки. Зажимы плотно заворачиваются. Параметры прессования:

температура модельной массы 75...80 °С;

давление прессования 0,3...0,4 МПа;

выдержка под давлением 40 с;

Запрессовку модельной массы производится на пневмопресса, характеристики которого приведены в таблице 3.3

Таблица 3.3 - Техническая характеристика пневмопресса

Параметры
Наибольшая производительность:по числу запрессовок в час	25
Усилие выдавливания массы, Па	(1-4)-105
Наибольший объем запрессовки, л	10
Усилие поджатия пресс-формы, кг	1300
Температура модельного состава на выходе, ˚С	70
Установленная мощность, кВт	1,5
Диаметр цилиндра, мм	175
Ход поршня, мм	150
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	1010590 1556
Масса, кг	1750

Расчет потребного количества оборудования производится по формуле:

где Q - годовой объем работ выполняемых на данном виде оборудования, шт.;

Ф_д - действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;

В_р - расчетная производительность (на 10% меньше паспортной);

R_H - коэффициент неравномерности. Для серийного производства:

R_H = 1 - 1,2;

Р_р = (552616·1)/(3700·20) = 6,49;

Интенсивность использования оборудования, относительно действительного фонда времени регламентируется коэффициентом загрузки R_з, он должен быть в пределах (0,8 - 0,85):

R_з = 6,49/7 =0,95.

Т.о. необходимое количество прессов 7 штук.

Во время запрессовки модельной массы под давлением может произойти повреждение и поломка стержня. Для проверки целостности стержня необходимо производит рентгенконтроль моделей. Рентгенконтролю подвергаются 100% моделей.

Раскладываются модели на пленку, корытом верх и просвечиваются. Проверяется (по снимкам) 100% моделей на наличие слома.

На моделях заделываются незначительные дефекты и отверстия от фиксирующих штырей.

Сборка моделей производится припаиванием моделей деталей к модели литниковой системы с помощью подогретого ножа, шпателя или паяльника, имеющего наконечник в виде лезвия ножа. При сборке должны выдерживаться все габаритные размеры и геометрические параметры согласно чертежу блока моделей. Место спая необходимо зачищать, выполняя плавные переходы от питателя на модели к сопрягаемому с ним элементу литниковой системы. Собранный блок обдувается сжатым воздухом для удаления крошек модельной массы [3].

Контроль производится внешним осмотром. На блоках не допускаются поднутрения, раковины и другие дефекты.

Хранятся модельные блоки в шкафу с силикагелем.

.2 Изготовление керамической оболочки

Литейная форма - инструмент для обработки расплава металла в целях получения отливок с заданными размерами, шероховатостью поверхности, структурой и свойствами.

В ЛПВМ известны два типа оболочек в зависимости от способа их получения:

многослойные, получаемые нанесением суспензии с последующей обсыпкой и сушкой;

двухслойные, получаемые электрофоретическим способом [3].

Особенности изготовления оболочковых форм:

сложность технологического процесса и оборудования;

выбор формовочных материалов, которые должны обеспечивать получение из любых сплавов отливок с поверхностями высокого качества;

удаление модели без нарушения целостности оболочек, что обеспечивает повышенную герметичность отливок;

уменьшение газотворной способности оболочки прокаливанием при 800...1100°С, способствующим лучшей заполняемости металлом.

Исходя из выше изложенных данных, выбираем многослойную оболочку.

Нагревом или охлаждением оболочки перед заливкой расплава можно регулировать ход процесса кристаллизации, а выбором формовочных материалов обеспечивать получение качественной поверхности отливок из любых сплавов.

Оболочка состоит из 95...97% основы, остальная доля приходится на связующее, которое в виде тончайших пленок цементирует зерна основы. В качестве основы выбирается электрокорунд марки 25А ГОСТ 28818-90, связующее - гидролизованный этилсиликат (ЭТС-40). Такая оболочка обладает достаточной термической стойкостью и ее можно заливать в горячем виде без опорного наполнителя.

. Зерновой состав микрошлифпорошков электрокорунда дляприготовления суспензии М7 или М10, М40, по ГОСТ 3647-80; состав шихты: М7 или Ml0 25%

М40 40%

М63 или №5 35%

Навески перемешиваются в смесителе 2...3 час.

.Электрокорунд марки 24А или 25А по ОСТ 2МТ 71-5-84 или ТУ 2-036-913-82; зернистость М7П или М10П, М40П или N 5П, N 40П, N 50П по ГОСТ 3647-80. Допускается использование материала с индексом В или Н;

. Подготовка модификатора: электрокорунд М5 или М760% кобальта (ИДИ) окись 40%исходные материалы загрузить в смеситель, мешать 3...4 час: Прокаливается смесь при 1200...1380°С не менее 10 часов, загружается порошок в мельницу, промол осуществлять до удельной поверхности 6000 см2/г.

Гидролиз - это процесс замещения содержащихся в этилсиликате этоксильных групп (С2Н5О) гидроксильными (ОН), содержащимися в воде.

Гидролизу подвергают этилсиликат для придания ему свойств связующего. Гидролиз сопровождается поликонденсацией (объединение различных или одинаковых молекул в одну с образованием полимеров и выделением простейшего вещества).

Далее идет процесс поликонденсации. Гидролиз этилсиликата для получения связующих растворов проводится подкисленным раствором воды в спирте или ацетоне, так как этилсиликат и вода хорошо растворяются в них. Для ускорения реакции гидролиза применяется соляная кислота (НС1). Обычно гидролизованный раствор этилсиликата (ЭТС) содержит 0,2...0,3% НС1.

Гидролизат должен соответствовать следующим требованиям:=18...22%

НС1 =0,18...0,24%

Вязкость - 3,5... 5,0 сСт.

Суспензия для оболочковых форм - это взвесь твердых различной величины окатанных частиц огнеупорной основы в жидкости [3].

Приготовление керамической суспензии включает в себя перемешивание огнеупорного наполнителя и гидролизованного этилсиликата в баке в течение 2-х часов из расчета 3,5 кг наполнителя на 1 л ЭТС-40. Затем краскомешалку отключают и выдерживают 2...3 минуты для удаления пузырьков воздуха. Замеряется вязкость (если необходимо вязкость доводят до необходимого значения). Выдержка готовой суспензии для 1-го слоя не менее 5 часов и более 20 часов с момента приготовления. У готовой суспензии проверяется температура и вязкость, которая должна составлять по вискозиметру:

…55 секунд для 1-го слоя;

…30 секунд для последующих.

Облицовка блоков осуществляется при комнатной температуре. Перед нанесением модельного покрытия для улучшения смачиваемости суспензией модельные блоки окунают в спиртовой раствор канифоли, плотностью 0,86...0,87 г/см3, а затем просушиваются в течение 5... 10 минут.

Керамическая суспензия наносится на модельные блоки путем двукратного окунания в суспензию. После каждого окунания блок необходимо вращать в течение 10...30 секунд для равномерного распределения суспензии. Затем производится обсыпка блока электрокорундом.

Создается псевдокипящий слой зерен обсыпки (снизу в емкость с обсыпкой подается сжатый воздух через пористую перегородку). Затем в псевдокипящий слой электрокорунда погружают блок на несколько секунд. При этом зерна электрокорунда прилипают к суспензии. После нанесения каждого слоя керамическое покрытие счищается с поверхности литниковой чаши и технологических знаков для возможности удаления модельной массы.

После нанесения всех слоев блоки подвергают операции закрепления, которая заключается в том, что их окунают в суспензию, имеющую вязкость 15...20 секунд без последующей обсыпки.

Сушка блоков производится по следующему режиму:

для первого и второго слоев - выдержка на воздухе не менее 30 минут, сушка в вакуумно-аммиачной камере 2..3 минуты.

для третьего и последующих слоев выдержка 15...30 минут на воздухе, сушка в вакуумно-аммиачной камере 5... 10 минут.

Выдержка после вакуумно-аммиачной сушки на воздухе не менее 20 минут.

Расчет потребного количества оборудования производится по формуле:

где Q - годовой объем работ, выполняемых на данном виде оборудования, шт.;

Ф_д - действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;

В_р - расчетная производительность (на 10% меньше паспортной);

R_H - коэффициент неравномерности;

для серийного производства:

R_H = 1 - 1,2;

Р_р = 7·109259·1/2030·120 =3,13;

Интенсивность использования оборудования, относительно действительного фонда времени регламентируется коэффициентом загрузки R_з, он должен быть в пределах (0,8 - 0,85):

где Р_пр - принятое количество оборудования;

Rз = 3,13/4 =0,79;

Т.о. необходимое количество ВАК равно 4.

Количество оборудования для перемешивания суспензии Р 646 равно количеству ВАК.

Имеется возможность внедрения в данный участок роботизированный комплекс мод. 7713.

Таблица 3.3 - Техническая характеристика комплекса 7713

Параметры
Наибольшая производительность:бл./час	20
Время нанесения слоя	120
Количество длоков в спутнике	4
Количество степеней свободы	6
Количество программ	16
Установленная мощность, кВт	38
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	2000019000 3850
Масса, кг	9000

Расчет потребного количества оборудования производится по формуле:

где Q - годовой объем работ выполняемых на данном виде оборудования, шт.;

Ф_д - действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;

В_р - расчетная производительность (на 10% меньше паспортной);

R_H - коэффициент неравномерности. Для серийного производства:

R_H = 1 - 1,2;

Р_р = 6·116252·1/5140·90 =1,5;

Интенсивность использования оборудования, относительно действительного фонда времени регламентируется коэффициентом загрузки R_з, он должен быть в пределах (0,8 - 0,85):

где Р_пр - принятое количество оборудования;

Rз = 1,13/2 =0,75;

Т.о. необходимое количество комлексов мод.7713 равно 1.

Существует 3 метода удаления модельной массы из оболочки: выплавление, растворение, выжигание. Восковые модели выплавляют, солевые-растворяют, пенополистироловые - выжигают [4]. В данном случае используется выплавление, так как для изготовления модели используется модельные массы MB и МВС-ЗА, относящиеся к классу восковых.

В литейных цехах применяют следующие способы выплавления модельного состава: горячей водой, горячим воздухом, нагретым модельным составом и др. При выплавлении модели в оболочке могут возникнуть трещины, если блок нагревать медленно, так как модель, прогреваясь на всю толщину, расширяется, давит на оболочку изнутри и разрывает ее. При быстром нагреве модель оплавляется с поверхности, жидкий модельный состав вытекает через зазор между моделью и оболочкой или оболочка впитывает его.

Наиболее технологичным и высокопроизводительным является способ удаления модельной массы с помощью пара в камере автоклава.

При выплавлении моделей паром в камере автоклава температуру повышают в течение нескольких секунд до 135... 150 °С. Вследствие высокой теплоемкости пара модели быстро оплавляются, трещины в оболочках не успевают образоваться. Кроме того, оболочки при выплавлении моделей становятся прочнее вследствие продолжения гидролитической поликонденсации ЭТС связующего и кристаллизации добавок [3].

Применяем данный способ как наиболее производительный и технологичный.

Перед началом операции проверяется качество зачистки торцевой поверхности бобышки, при необходимости она дочищается. Зачищается буртик и опорная поверхность литниковой чаши, удаляется заглушка литниковой чаши.

Удаление модельной массы производится в течении 15...20 мин при температуре в автоклаве 150.. 175 °С под давлением 0,78...0,8 МПа, выдержка под давлением 18±3 минут. После удаления модельной массы, чаши блоков заклеить бумагой.

Таблица 3.4. - Техническая характеристика бойлерклава LBBC

Параметры
Наибольшие размеры обрабатываемых блоков, ммдиаметрдлина	750500
Наибольшая производительность, блоков/час	90
Рабочая температура выплавляющей среды, ˚С	не более 170
Рабочий объем бойлерклава, м3	2,000
Рабочий объем камеры, м3	1146
Максимальное рабочее давление пара, МПа	0,8
Расход воды, м3/ч	2,2
Установленная мощность, кВт	121,75
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	250035002470
Масса, кг	2500

Расчет потребного количества оборудования производится по формуле:

где Q - годовой объем работ выполняемых на данном виде оборудования, шт.;

Ф_д - действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;

В_р - расчетная производительность (на 10% меньше паспортной);

R_H - коэффициент неравномерности; для серийного производства:

R_H = 1 - 1,2;

Р_р = 109259·1/2030·81 =0,66;

Интенсивность использования оборудования, относительно действительного фонда времени регламентируется коэффициентом загрузки R_з, он должен быть в пределах (0,8 - 0,85):

где Р_пр - принятое количество оборудования;

Rз = 0,66/1 =0,66;

Т.о. необходимое количество бойлерклавов равно 1.

При прокаливании оболочек решаются три задачи:

. Удаление газотворных составляющих.

. Повышение прочности.

. Нагрев оболочки для лучшего заполнения полостей металлическим расплавом.

Прокаливают оболочки в окислительной среде нагревом до 800-1100°С с последующей выдержкой. При этом протекают процессы:

нагрев оболочки;

удаление из нее газотворных составляющих, источником которых является влага;

удаление остатков модельного состава и продуктов деструкции связующего;

гидролитическая поликонденсация связующего;

образование кристаллических структур связующего;

термическое расширение оболочки и полиморфные превращения;

образование капиллярных каналов [3].

Оболочки загружать в печь при температуре не более 900 °С.

Прямой подъем температуры в печи до 1050±25 °С.

Выдержка при температуре 1050±25 °С в течение 3 часов.

После выдержки снижают температуру печи прокалки до 1000+20 °С.

Затем охлаждают оболочки вместе с печью до 700. Вынимают блоки из печи и расставляют на стеллаж.

Срок хранения оболочек перед заливкой не более 10 суток после прокалки. При хранении оболочек более 10 суток необходимо их просушить при температуре 400+25 °С в течение 3...4 ч.

3.3 Технология плавки и заливки

Плавка металла и заливка форм являются важнейшей частью технологического процесса производства отливок, определяющей конечное качество литых деталей. Плавка металлов и сплавов характеризуется сложными физико-химическими процессами, протекающими при высоких температурах. Процесс плавки состоит из физических преобразований исходных материалов и химических реакций, в которых участвуют составляющие сплава и флюсы, а также печные газы и футеровка печей [3].

Для плавки сплавов могут быть применены любые плавильные печи, отвечающие требованиям выплавки данного сплава и условиям производства. Однако особенности технологии определяют следующие специфические требования к плавильным агрегатам: работа плавильных печей должна быть согласована по времени с циклом прокаливания форм; вместимость плавильных печей должна соответствовать объему полостей одновременно заливаемых форм; для плавки и заливки специальных, в том числе пленообразующих сплавов, следует применять вакуумные печи, обеспечивающие минимальное окисление сплава в процессе плавки и заливки.

Выбор типа печи и способ плавки обусловлен тем, что никелевые сплавы имеют в своем составе легкоокисляемые элементы. Поэтому сплав при плавке на воздухе образует плотные, тугоплавкие, окисные плены, которые, попадая в отливку, нарушают сплошность металла и снижают прочность детали. Вакуум исключает возможность образования плен, а также благоприятствует, химическим реакциям, в ходе которых из нелетучих веществ образуются газы или летучие вещества.

Состав шихты: мерная заготовка массой 5.6 кг. Допускается отливка из свежего сплава и возврата при соотношении 1:1; графитовый бой - 0.01% от веса шихты, при содержании С в исходной плавке 0.17% и более графитовый бой не вводится. Расплавку шихты вести при максимальной мощности. Общее время выдержки сплава после его расплавления до заливки не менее 4 ч.

Плавка металла и заливка форм являются важнейшей частью технологического процесса производства отливок, определяющей конечное качество литых деталей. Плавка металлов и сплавов характеризуется сложными физико-химическими процессами, протекающими при высоких температурах. Процесс плавки состоит из физических преобразований исходных материалов и химических реакций, в которых участвуют составляющие сплава и флюсы, а также печные газы и футеровка печей.

Жаропрочные сплавы на основе никеля выплавляют в индукционных вакуумных печах, так как содержащиеся в сплаве Al и Ti легко окисляются на воздухе и образуют плотные окисные плены, которые попадая в отливку нарушают сплошность материала и снижают прочность деталей. Вакуум благоприятствует любой химической реакции, в ходе которой из нелетучих веществ образуются газы или летучие вещества, в результате чего понижается температура и становится возможным протекание данной реакции. На основании этих фактов плавку и заливку металла проводят на вакуумной установке УППФ-У.

Основные параметры режима заливки:

Температура печи подогрева формы 1010±10°С

Температура перегрева сплава 1600±20°С

Выдержка сплава при температуре перегрева 1,5±0,5 мин

Остаточное давление в плавильной камере 0,04 мм.р.ст

Температура заливки 1530±5°С

Расплавление шихты ведется при максимальной мощности. Удаление окисных плен производится за счет перегрева металла и покачивания плавильного тигля. Прогревается сливной носок тигля, для чего поворачивают печь в наклонное положение и выдерживают в течении 1 минуты. Включив кантовку тигля, заливают оболочку, не прерывая струю металла

После выдержки в печи подогрева залитый блок переставляют с обогреваемый термостат, в котором температура 800±20°С. Блок находится здесь до следующего залитого блока, после чего переставляется в открытый короб, где происходит охлаждение. Затем блок отправляют на выбивку, обрезку, очистку.

Расчет потребного количества оборудования производится по формуле:

где Q - годовой объем работ выполняемых на данном виде оборудования, шт.;

Ф_д - действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;

В_р - расчетная производительность (на 10% меньше паспортной);

R_H - коэффициент неравномерности; R_H = 1 - 1,2;

Р_Р = 116255 ·1/5140 ·3 =8,37;

Интенсивность использования оборудования, относительно действительного фонда времени регламентируется коэффициентом загрузки R_з, он должен быть в пределах (0,8 - 0,85):

где Р_пр - принятое количество оборудования; R_з = 7,08/8 = 0,93.

Т.о. необходимое количество печей 9 штук.

.4 Очистка блоков от керамики

На участок отбивки керамики поступают залитые и охлажденные блоки. Для выбивки блоков отливок применяют ручной способ выбивки. Перемещают блоки на выбивную решетку. Отбитую керамику отправляют на участок регенерации.

.5 Контроль макроструктуры

Квалифицированный анализ структуры металла отливок может дать много сведений об их свойствах. По характеру излома, например, можно оценить чистоту металла отливки от неметаллических включений, величину зерна, пластичность сплава. По макроструктуре можно определить величину зерна и характер кристаллизации отливки, в некоторых случаях - фактическую температуру заливки. Макроструктуру отливки исследуют без увеличения на конкретной детали. Контролю подвергают одну лопатку от плавки.

.6 Контроль химического состава сплава лопаток и уровня механических свойств

При литье по выплавляемым моделям пробу на химический и спектральный анализ обычно выполняют в виде прилитого сбоку образца, с которого берут стружку для химического анализа, а оставшуюся часть образца используют для спектрального анализа.

Состав сплава определяют методами химического и спектрального анализа. Химический анализ позволяет выделить в чистом виде или в виде соединений отдельные элементы сплава и определить их процентное содержание.

Спектральный анализ основан на рассмотрении спектра излучений при воздействии дугового разряда на поверхность анализируемого сплава. По сравнению с химическим анализом он имеет следующие преимущества: быстрота анализа (для количественного анализа фотографическим методом требуется 15...25 минут, а при сортировке металла для одного анализа достаточно 1...2 минуты); высокая точность определения большинства элементов; универсальность (одно и то же оборудование для разных сплавов); определение химического состава практически без повреждения образца или детали; возможность сохранения пластинок со спектрами.

В случае неудовлетворительных результатов контроля допускается повторный контроль на не прошедший элемент.

При неудовлетворительных результатах повторного контроля контролируемый блок лопаток бракуется, а каждый залитый блок лопаток из контролируемых партий подвергается контролю на не прошедший элемент.

Каждый блок от заливки подвергнуть контролю на марку сплава (на количественное содержание вольфрама, кобальта, молибдена и железа) спектральным методом.

Контроль механических свойств отливок на растяжение проводят на специальных литых или вырезанных из литых заготовок (брусков) и механически обработанных образцах. Определяют предел текучести, временное сопротивление при растяжении, одновременно относительное удлинение и относительное сужение площади поперечного сечения. Эти величины наиболее полно характеризуют прочность и пластичность металла отливок. Отливки из жаропрочных сплавов, работающие при высоких температурах, испытывают на жаропрочность.

При неудовлетворительных результатах контрольных испытаний производят повторные испытания на удвоенном количестве образцов по виду, давшему выпад.

.7 Удаление стержней из отливок

Выполнение операций производится в расплаве композиции бифторида калия и трифторида калия (БФК).

Прогрев лопаток.

Загружают отливки в печь подогрева. Закрывают крышку печи и прогревают отливки в течении 1 часа при температуре 300...360 °С.

Удаление стержней в расплаве БФК.

Доводят температуру расплава до 350...370 °С и выдерживают отливки в расплаве БФК в течение 4 часов.

Оценивается степень удаления керамики по реакции стержня с расплавом БФК, проявляющейся в виде выделяющихся из внутренних полостей лопаток пузырей.

.8 Подготовка к контролю качества удаления керамики

Наличие керамики во внутренней полости лопатки при ее эксплуатации недопустимо, поэтому необходимо контролировать полноту удаления керамики. Наличие керамики во внутренней полости лопатки можно определить рентгенпросвечиванием.

Проверяют (по снимкам) 100% лопаток на наличие керамики во внутренней полости. Затемнения на рентгеновской пленке соответствуют наличию керамики во внутренней полости лопатки. Затемнения до 1 мм в диаметре в количестве до 10 шт., не учитывается по всей полости лопатки, кроме входной кромки, внутренней полости.

Капиллярные методы дефектоскопии основаны на эффектах капиллярной пропитки, сорбции, диффузии, люминесценции, цветового контраста.

Для выявления трещин в отливках используют специальные методы контроля: магнитный, люминесцентный и цветной дефектоскопии. Выбор капиллярного метода и набора материалов определяется уровнем требуемой чувствительности, коррозионной стойкостью материала детали, надежностью выявления дефектов, экономичностью и технологичностью.

Магнитный контроль применим для сталей и сплавов, обладающих магнитными свойствами.

Люминесцентный или флуоресцентный способ выявления дефектов применим ко всем материалам в тех случаях, когда дефекты выходят на поверхность, в том числе и для немагнитных сплавов.

Сущность метода цветной дефектоскопии заключается в том, что отливку смазывают легкоподвижной краской, способной проникать в мельчайшие дефекты. Затем краску с поверхности смывают и отливку вновь смачивают другой краской - фоном, обладающей поглотительной способностью. На фоне из дефектов выступает ранее нанесенная краска, обозначая тем самым места расположения дефектов.

Данная лопатка изготавливается из жаропрочного сплава на никелевой основе, который не является магнитным, поэтому применяются методы люминесцентной и цветной дефектоскопии. 100% отливок подвергнуть двум указанным методам контроля.

Проверяется отливки визуально внешним осмотром на дефекты:

На необрабатываемых поверхностях отливок единичные раковины иплены диаметром менее 0,3 мкм не учитываются, кроме радиуса выходной кромки. Допускаются скопления указанных раковин и плен диаметром < 0,3 мкм в количестве 5 шт. на площади не менее 25 мм2, кроме радиусов сопряжения ножки с рабочей поверхностью первого зуба замка.

Суммарное количество дефектов на всей поверхности лопатки недолжно превышать 25 шт.

На обрабатываемых поверхностях допускаются любые дефекты, крометрещин и неспая в пределах припуска на механическую обработку.

Лопатки с дефектами трещины и неспаи, обнаруженными визуально, или другими методами, подлежат забракованию.

Допускается плавная зачистка дефектов без нарушения геометрии отливки.

Проверяется шероховатость необрабатываемых поверхностей пера, ножки и полки, плавность перехода между сечениями и переходов пера в полку, сопряжения радиусов с поверхностями корыта и спинки.

Проверяется качество обработки выходной кромки.

Проверяют внутреннюю поверхность выходной кромки, ширину щели выходной кромки и толщину полки.

Размеры контролировать на расстоянии 1,5 мм от кромки.

Проверяют радиус входной кромки в сечениях A1-A1 … A5-A5.

Производственное оборудование представляет собой наиболее важную часть основных фондов предприятия. В процессе эксплуатации машин происходит потеря их работоспособности главным образом из-за износа и разрушения отдельных деталей или поверхностных слоев, что приводит и к потере точности и уменьшению его мощности и производительности. Восстановление этих важнейших показателей эксплуатационных характеристик осуществляется путем ремонта.

В предприятии необходимо иметь строгий план-график ремонта оборудования для своевременного и организованного проведения ремонтных работ, составленный на основе ремонтного цикла и межремонтного периода оборудования.

Ремонтный цикл равен:

 (3.12.1)

где А - норматив отработанных часов в течение ремонтного цикла, для литейного оборудования А= 12500 ч;

 - коэффициент, учитывающий тип производства, при серийном производстве равен 1,1 - 1,3.

Т_р = 12500·1,3 = 16250 ч.

Межремонтный и межосмотровый периоды рассчитываются на основе известной структуры ремонтного цикла, которая имеет вид:

для всех типов оборудования, кроме печей:

К-0-0-0-М₁-0-0-0-М₂-0-0-0-С₁-0-0-0-М₃-0-0-0-М₄-0-0-0-С₂-0-0-0-К;

для печей:

K-0-M₁-O-M₂-0-C₁-0-M₃-0-M₄-O-C₂-0-M₅-0-M₆-O-K.

Межремонтный цикл равен:

 (3.12.2)

где , n_м - количество средних и малых ремонтов.

Межосмотровый цикл:

  (3.12.3)

где n_о - количество осмотров.

Для технологического оборудования:

дней;

дня;

Для печей:

 дней;

 дня.

Определяя дату любого ремонта путем прибавления к дате предыдущего ремонта длительности межремонтного периода, составляем план-график ремонта оборудования.

На основе годового плана - графика ремонта определяется численность ремонтного персонала по профессиям:

(3.12.4)

где Q_р - суммарная величина общей трудоемкости ремонтных работ в расчетном периоде, ч;

Ф_э - эффективный фонд времени одного ремонтного рабочего;

Ф_э = 1461 ч.

Общая годовая трудоемкость вычисляется по формуле:

(3.12.5)

где N_k, N_c, N_м, N_о - количество ремонтных единиц, подлежащих за год капитальному, среднему, малому ремонтам и осмотру;-ремонтная сложность оборудования;_k, t_c, t_м, t_о - норма времени соответственно капитального, среднего малого ремонтов и осмотра по профессиям.

Потребное количество дежурного ремонтного персонала определяется по формуле:

 (3.12.6)

где k_cм - число смен;

Н_обс - норма обслуживания для дежурного персонала.

По числу ремонтного персонала определяется потребное количество станков и верстаков для ремонта оборудования.

Расчет площадей ведется по формуле [7]:

 (3.12.7)

где j = 1 ¸ l - количество применяемого оборудования;- площадь, занимаемая единицей оборудования j-го вида;дon j - коэффициент, учитывающий площадь, добавляемую по всему периметру зоны (с учетом проходов, проездов и т.д.);j - принятое количество оборудования j-го вида.

Наиболее точно площади производственных помещений получаются компоновочно.

Вспомогательную площадь для ремонта оборудования и оснастки рассчитываем на основе числа верстаков и станков и норме площадей для ремонтного персонала.

Приведем(временно) площади оборудования

Расчет площадей участков:

. Приготовление стержневой массы: Smin=9м²;

. Запрессовка стержней: Smin=42м²;

. Обжиг стержней: Smin=56м²

. Приготовление модельной массы: Smin=8м²

. Запрессовка моделей: Smin=35м²

. Запрессовка ЛПС Smin=12м²

.Линия облицовки Smin=38м²

. Вытопка Smin=40м²

. Прокалка блоков Smin=40м²

. Печи УППФ-У Smin=30м²

Задача складского хозяйства заключается в приеме, хранении, учете материалов и регулировании уровня их запаса, подготовка готовой продукции к отправке потребителю. На складах выполняется большой объем погрузочно-разгрузочных работ, перемещение материалов. Поэтому основным направлением в разработке складского хозяйства является комплексная механизация и автоматизация работ направленная на повышение производительности труда и ликвидацию тяжелых ручных операций, улучшение использования складских помещений и их сокращение.

По функциональному назначению склады подразделяют на заводские и цеховые. Устройство и оснащение складов зависит от ряда факторов. Определяющие из них - грузооборот, длительность хранения, формы и габариты изделий, требования к условиям хранения, вид применяемой нормы, вид используемого подвижного состава. Материалы и готовая продукция хранятся на специально оборудованных открытых площадках, в отапливаемых и не отапливаемых помещениях.

Складские площадки рассчитываются по всем складам и кладовым, которые создаются в цехе. Площадь зависит от способа хранения.

Для материалов, хранимых в закромах, и штабелях:

 (3.13.1)

где d - среднедневная потребность в материале, т;- периодичность поставок, дни;_доп - допустимая нагрузка, т/м2;_доп = 2,5 ¸ 3,5 тс/м2_f - коэффициент использования площади склада.

Для материалов, хранимых на стеллажах:

(3.13.2)

где V_я - полезный объем ячейки стеллажа, м3;

g - объемная масса материала, т/м3;_зaп = 0,5 ¸ 0,75 - коэффициент заполнения ячейки;_cm - площадь, занимаемая одним стеллажом.

3.9 Организация грузопотоков в цехе

В проектируемом цехе литья по выплавляемым моделям производственные отделения расположены с учетом технологических операций изготовления отливок.

Исходные материалы для изготовления стержневой, модельной массы и суспензии подаются в соответствующие склады на участках при помощи автотранспорта. Шихта также доставляется на склад автотранспортом.

Со склада взвешенная шихта в таре подается на ручных тележках в плавильное отделение и загружается в печь.

Отливки после обрубки укладываются в тару и электрокарами подаются на контроль.

После линии контроля отливки тележками перевозятся на склад готовой продукции.

.10 Строительная часть

Важнейшими проблемами строительного проектирования предприятий машиностроительной промышленности являются:

выбор места для строительства;

планировка;

определение строительного типа производственного здания с наибольшей степени обеспечивающего возможность оптимального протекания технологического процесса;

организация и застройка территории.

Основные направления в строительном проектировании литейных предприятий определяют следующие факторы:

удовлетворение требованиям технологии;

учет климатических условий района;

рациональная экономия затрат на строительство и эксплуатацию здания;

сокращение сроков проектирования и строительства;

экономное использование земель под строительство;

широкое применение каркасных зданий;

создание производственных и вспомогательных зданий (зданий административно-бытового назначения), отвечающих не только экономическим, но эстетическим требованиям.

.11 Элементы конструкции зданий

При проектировании зданий следует ориентироваться на индустриализацию строительства:

унификацию;

типизацию;

стандартизацию элементов здания.

Выбор строительных конструкций зданий зависит от назначения литейного цеха, объема выпускаемой продукции, применяемого оборудования, механизации производства, нагрузок от механического и кранового оборудования, а также объема планируемого решения здания.

Несущий каркас состоит из колонн, установленных на фундаментах и связанных балками и фермами. Колонны и опирающиеся на них фермы образуют поперечные рамы, которые связаны в продольном направлении фундаментами и подкрановыми балками.

·      наружный ряд - 0,4 ¸ 0,6 м;

·        центральные колонны - 0,8 ¸ 0,6 м.

·        высота колонн - 10,8 м.

Ширина пролетов и шаг принимаются кратными укрупненным модулям 60 М (6 м) и 30 М (3 м), высоту этажей производственных зданий кратной укрупненным модулям 12 м (1,2 м) и 6 м (0,6 м), зданий административно - бытового назначения кратной 3 м (0,3 м).

В качестве перекрытия здания используются сборные (составные) железобетонные стропильные фермы, длина пролетов 30 м. Стены несут функцию ограждающей конструкции. В качестве материала используется керамзит - бетонные панели размером 6х1,2 м. В основе кровельного материала используются рулоны многослойной кровли из водостойких материалов, которые укладываются на битумной постели на слой утеплителя. Отвод воды устраивается через воронки в кровле и через сливную канализацию.

На крыше здания устанавливаются светоаэрационные фонари. Для освещения рабочих мест в дневное время используются окна шириной 4 м.

Ввиду большой трудоемкости и стоимости изготовления полов лучше использовать полы, изготовленные индустриальным способом. В литейных цехах полы должны обладать высокой прочностью и стойкостью к износу и воздействию агрессивных сред, расплавленного металла и горячих изделий. Полы во всех отделениях спроектированного цеха, за исключением плавильного, изготовлены из железобетонных плит с цементным покрытием.

Участок пола в термообрубном отделении необходимо облицовывать стальными штампованными перфорированными плитами толщиной 15 мм. Это связано с тем, что полы в термообрубном отделении подвергаются значительным нагрузкам (как механическим, так и вибрационным).

Полы в плавильном отделении выполнены из жаростойкого бетона.

Полы проездов выполнены из стальных перфорированных плит толщиной 3 мм, так как они подвергаются значительным механическим и динамическим нагрузкам.

В основных проездах цеха имеются тамбуры с воротами размером 4х3 м.

4. Организационно-экономическая часть

Задачей организационно-экономической части дипломного проекта является определение оптимального варианта спроектированного цеха с наименьшими затратами.

В организационно-экономической части рассматриваются вопросы управления и организации производственного процесса в цехе литья по выплавляемым моделям, определяются капитальные вложения, себестоимость продукции, рассматриваются основные технико-экономические показатели цеха.

На основе приведенных расчетов сравниваются основные технико-экономические показатели базового и спроектированного цехов, рассчитывается изменение затрат на выпуск одной тонны годного литья и за счет этого снижение себестоимости, в конечном итоге оценивается эффективность заложенных в проекте технологических решений.

.1 Технический уровень производства

Уровень механизации труда в цехе характеризует коэффициент технического уровня производства, который определяется по формуле:

где К_i - коэффициенты характеризующие уровень прогресса технологических процессов, оборудования для стержневого отделения и т.д.

; (4.1)

где К₁-коэффициент, характеризующий прогрессивность техпроцессов;

; (4.2)

где К₂-коэффициент, характеризующий производительность оборудования;

. (4.3)

где К₃-коэффициент, характеризующий занятость основных рабочих механизированным трудом;

; (4.4)

где К₄-коэффициент, характеризующий занятость вспомогательных рабочих механизированным трудом;

; (4.5)

где К₅-коэффициент, характеризующий занятость транспортных рабочих механизированным трудом;

К₆-КИМ; К₆=0,35.

4.2 Организация производства и управления

В основу организации управления положена линейно-функциональная система управления. В условиях линейно-функциональной системы управления руководители, используя право единоначалия, осуществляют управление производством, принимают решения, доводят их до конкретных исполнителей и контролируют выполнение решения в целях достижения конечного, положительного результата.

Во главе спроектированного цеха стоит начальник цеха. Он отвечает за внедрение новой техники, прогрессивной технологии, механизации и автоматизации производственных процессов. Начальник цеха занимается подбором, расстановкой и воспитанием кадров. В его обязанности также входит обеспечение правильности установления норм времени и норм выработки, соотношения между ростом производительности труда и средней заработной платы; организация подготовки и переподготовки, технического обучения и повышения квалификации работающих в цехе. Начальник цеха обеспечивает укрепление трудовой дисциплины и соблюдение правил внутреннего распорядка, следит за созданием надежных производственных, санитарно-гигиенических и культурно-бытовых условий, за соблюдением установленных норм и правил охраны труда и техники безопасности.

Для оперативного руководства отдельными участками цеха в помощь начальнику цеха назначены: заместитель начальника цеха по технической части и заместитель начальника цеха по производству. Они решают вопросы текущего планирования, своевременного запуска и выпуска отливок по заранее разработанному графику, организуют и контролируют работу всех производственных участков и отделений цеха, отвечают за своевременное обеспечение цеха инструментами и другой технической оснасткой.

Производственно-техническое бюро (ПДБ) устанавливает производственным участкам и группам оперативные плановые задания путем составления месячных, подекадных и сменно-суточных графиков, контролирует и регулирует ход их выполнения, организует обеспечение производства всеми необходимыми материалами и сырьём, подводит итоги работы участков и отделений цеха в целом.

Бюро труда и заработной платы (БТиЗ) выполняет работы по нормированию труда и организации заработной платы, устанавливает численность рабочих, вместе с экономистами цеха ведёт планирование, учет и анализ экономической деятельности цеха.

Технологическое бюро занимается разработкой и уточнением хода технологического процесса, осуществляет контроль над технологической дисциплиной, организует хранение и выдачу чертежей и технологической оснастки на рабочие места, внедряет в производство передовую технологию, средства механизации и автоматизации изготовления и обработки отливок, обеспечивает повышение производительности труда и эффективности производства.

Бюро технического контроля (БТК) подчиняется начальнику технического контроля предприятия. БТК цеха осуществляет контроль качества отливок по всем стадиям технологического процесса, производит клеймение принятой и забракованной продукции.

Сменный мастер является единоначальником и непосредственным организатором и руководителем производства на участке. Сменный мастер назначается директором предприятия по представлению начальника цеха.

.3 Расчет персонала цеха по категориям

Работники литейного цеха по характеру выполняемых функций подразделяются на следующие категории:

а) основные (производственные) рабочие;

б) вспомогательные рабочие;

в) руководители и специалисты;

г) служащие;

д) младший обслуживающий персонал (МОП).

К основным рабочим относятся все рабочие, выполняющие основные технологические операции по изготовлению отливок. Набор профессий и классификация основных производственных рабочих по отделениям цеха зависят от применяемого вида литья.

В дальнейшем расчете используются данные из таблиц фондов времени.

Численность основных рабочих определяется по профессиям с учетом характера работ (нормируемые или ненормируемые).

Расчет производится по явочной и списочной численности по формуле [4.2.1]:

, (4.2.1)

где Ч_сп - списочная численность, чел.;

Ч_яв - явочная численность, чел.; а - процент планируемых потерь рабочего времени:

а = (Ф_д/Ф_н)*100 - 100 = (1738/1941)*100 - 100 = 10,7%

Данный цех по выплавляемым моделям мощностью 190 тонн в год спроектирован на работу в две, три и четыре смены. Продолжительность рабочей смены составляет восемь часов, рабочей недели - сорок часов (пять дней), для плавильщиков - 6 часов рабочей смены пять дней в неделю.

Режим работы смен: первой - с 8.00 до 16.00, второй - с 16.00 до 00.00 часов, третьей - с 00.00 до 8.00. Для плавильщиков: первой - с 8.00 до 14.00, второй - с 14.00 до 20.00, третьей - с 20.00 до 02.00, четвертой - с 02.00 до 08.00.

Численность основных рабочих на нормируемых работах (очистка литья, изготовление стержней, моделей и модельных блоков, исправление дефектов и т. п.) рассчитывают по трудоемкости [9]:

, (4.2.2.)

где j - индекс технологической операции;

i - индекс изготавливаемой отливки;

t_н.в. - норма времени на изготовление i-той отливки на j-той операции, мин;

N_i - годовая программа, шт.;

Ф_д- эффективный фонд рабочего времени одного рабочего, ч.

Количество основных рабочих на ненормируемых работах определяется по норме обслуживания или норме численности [9]:

, (4.2.3)

где j - индекс технологической операции;

C_j - количество однородного оборудования на каждой технологической операции, шт.;

H_ч - норма численности, чел./шт.;

H_об - норма обслуживания, шт./чел.;

s - количество смен работы оборудования.

К вспомогательным рабочим относится персонал цеха, выполняющий функции по обслуживанию процесса производства.

Расчет численности вспомогательных рабочих производится аналогично расчету по основным рабочим:

а) по трудоемкости выполняемых работ (ремонтные работы при применении системы планово-предупредительного ремонта, контрольные операции, повторяющиеся транспортные работы);

б) по нормам обслуживания или нормам численности.

Численность вспомогательных рабочих, которые по роду своей деятельности связаны с определенным оборудованием и закреплены за ним в течение всей смены, рассчитывается по нормам обслуживания или нормам численности. При установлении этих норм за объект берутся либо рабочие места (транспортные рабочие, рабочие складов), либо единицы ремонтной сложности (рабочие по межремонтному обслуживанию оборудования), либо количество основных рабочих (распределители, экспедиторы).

Численность руководителей, специалистов, служащих зависит от организации управления цехом, количества рабочих, объема выпуска, широты номенклатуры отливок, сложности технологического процесса и применяемого оборудования.

Численность руководителей, специалистов, служащих по должностям рассчитывается на основе типовых нормативов с учетом практических данных с производственной практики. Для массового характера производства в литейных цехах численность руководителей и специалистов составляет 10-12% от числа всех рабочих, служащих 4-5%.

Численность МОП определяется исходя из норм обслуживания или норм численности, и на всех рабочих в цехе приходится 1,5-2%.

.4 Расчет фонда оплаты труда персонала цеха

Весь фонд оплаты труда рабочих можно разделить на основной фонд оплаты труда и фонд дополнительной заработной платы.

Основная заработная плата выплачивается производственным рабочим за работу, выполняемую непосредственно по изготовлению продукции, а также и ИТР. Она включает все виды оплат и доплат за фактически отработанное время. В ее состав входят: оплата за выполнение операций и работ по сдельным нормам и расценкам, оплата труда рабочих-повременщиков, ИТР, доплаты и премии.

Прямой фонд оплаты труда определяется по формуле:

а) для сдельщиков

; (4.3.1)

б) для повременщиков

Ч_спj; (4.3.2)

где Т_j- трудоемкость годовой программы на j-той операции нормо-час;

С_срj- часовая тарифная ставка среднего разряда на j- той операции, р;

Р_срj- сдельная расценка на i-той операции, р.

Трудоемкость работы находится произведением нормы времени обслуживания на операции на годовую программу.

Доплаты производственным рабочим за фактически отработанное время включают:

-  фонд премии для рабочих;

-        премия за личное клеймо производственным рабочим;

-        доплата за руководство бригадами;

-        доплата за проф. мастерство рабочим;

-        доплата молодым рабочим и ученикам;

-        доплата за работу в праздники;

-        доплата за совмещение профессий;

Для учета климатических условий работы вводится районный коэффициент на заработную плату, который для условий Урала равен 15%. Начисляется на основной фонд оплаты труда.

С учетом этого общий фонд заработной платы рабочих составит:

ФЗП_общ = (ФЗП_осн +ФЗП_доп)×1,15 (4.3.3)

Фонд дополнительной заработной платы рабочих включает в себя оплату очередных и дополнительных отпусков, выплат за выслугу лет, перерывов в работе кормящих матерей, времени выполнения государственных и общественных обязанностей и пр. Это выплаты, предусмотренные Трудовым кодексом или трудовыми договорами за непроработанное на производстве время. Величина дополнительной заработной платы берется примерно 10...12% от основного фонда оплаты труда.

Фонд заработной платы руководителей, специалистов, служащих и МОП рассчитывается на основе должностных окладов по штатному расписанию с учетом районного коэффициента 15% и доплат за ночное время 10% и вредные условия труда для персонала от 10 - 20%, находящегося непосредственно в производственных помещениях, а также премии за компетентность 40% и за выполнение плана 80%.

.5 Расчет стоимости основных производственных фондов

Производственные фонды цеха складываются из основных и оборотных, которые различаются по характеру участия в производственном процессе, способу переноса стоимости на готовую продукцию и порядку ее возмещения.

К основным фондам относятся здания, сооружения, все виды оборудования, транспорт, производственный и хозяйственный инвентарь.

Стоимость зданий определяется исходя из рассчитанных площадей цеха, стоимости 1 кв.м, которая принята равной 7000 руб.

В эту стоимость включены затраты на санитарно-технические устройства, проектирование и подготовку площадки.

Стоимость сооружений, передаточных устройств: включает в себя стоимость внутрицеховых рельсовых и подкрановых путей, эстакад, тоннелей, трубопроводов и электросетей. Она была принята 20% от стоимости технологического оборудования.

Стоимость технологического оборудования определена по утвержденным прейскурантам с учетом упаковки, и транспортировку и монтаж оборудования укрупнено принято 12%.

Стоимость инструмента и оснастки, включаемых в основные фонды приняты в размере 2% от стоимости технологического оборудования.

Стоимость производственного инвентаря определяется из расчета 1,5% от стоимости технологического оборудования.

Амортизации зданий, оборудования, транспортных средств и др. рассчитываются по формуле [10]:

 (4.4.1)

где Ц - первоначальная стоимость производственного оборудования, зданий, инвентаря, руб; а - нормы амортизационных отчислений, %.

Сумма основных производственных фондов составила 53559580 рублей.

4.6 Расчет дополнительных капитальных затрат

Внедрение новых технологических процессов, улучшение существующих связано со значительными капитальными вложениями в производство.

Потребность в капитальных вложениях складывается из вложений в основные средства и оборотные средства. Капитальные вложения в основные средства проектируемого цеха включают в себя стоимость зданий, технологического, подъемно-транспортного и вспомогательного оборудования.

Расчет дополнительных капитальных вложений DК выполняется по формуле и приведены в таблице 4.1:

DК = К_пр-К_б, (4.5.1)

Таблица 4.1 - Дополнительные капитальные затраты

Наименование групп ОПФ	Ст-ть ОПФ,руб
	Базовая	Проектная
Здание	21 168 000	21 168 000
Оборудование	19 178 000	26 228 000
Транспорт	4 721 040	5 245 600
Итого	45 067 040	52 641 600
Дополн.кап.вложения	7 574 560

Дополнительные капитальные затраты составят:

К = 7 574 560 руб.

.7 Расчет материальных затрат

Потребность в основных материалах рассчитывается исходя из массы отливок и программы выпуска.

Стоимость основных материалов рассчитывается по формуле:

С_мо=(Н_рЦ_м-m_отхЦ_отх)N (4.5.1)

где Н_р - норма расхода материала, кг;

Ц_м - оптовая цена материала, р./кг; _отх - масса отходов, кг;

Ц_отх - цена отходов руб/кг;

N - годовая программа, шт.

Затраты на основные материалы приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Затраты на основные материалы

Стоимость основного материала
Сплав	Ст-ть мат,руб/кг	Кол-во,кг	Ст-ть отх, руб/кг	Кол-во,кг	Сумма,руб
ЖС6У-ВИ	1239,41	176367,84	371,823	88183,91766	185803250
ЖС6У-ВИ	1239,41	176367,84	371,823	88183,91766	185803250
ЖС6У-ВИ	1239,41	225164,78	371,823	112582,3915	237210761,1
ЖС6У-ВИ	1239,41	225164,78	371,823	112582,3915	237210761,1
ЖС6У-ВИ	1239,41	97521,222	371,823	48760,61086	102738460,8
		900586,46		450293,2292	948766483

Потребность во вспомогательных материалах рассчитывается на основе норм расхода и количества потребителей.

Стоимость вспомогательных материалов определяется по формуле:

С_мв=Н_рвК_пС_м; (4.5.2)

где Н_рв - норма расхода материала, кг;

К_п - количество потребителей, использующих данный вспомогательный материал, шт.;

С_м - стоимость вспомогательных материалов, руб.

4.8 Расчет энергетических затрат

Затраты на топливо и энергию для технологических целей включают стоимость всех видов топлива и энергии, непосредственно расходуемых в процессе производства продукции (как получаемых со стороны, так и вырабатываемых самим предприятием).

К таким расходам относятся затраты на:

электроэнергию для электропечей в литейном производстве, термических печей, для электродуговой и точечной сварки, для высокочастотных и других установок [2];

Q= s×M; (4.6.1)

где s - удельный расход электроэнергии на 1 т отливок, который для жаропрочных сплавов равен 2100 кВт×т/ч;

топливо и энергию, расходуемые на проведение испытаний изделий (стендовых и других испытаний изделий и их систем), предусмотренных технологическим процессом;

пар, горячую и холодную воду, сжатый воздух, кислород, холод, расходуемые цехом, участком для технологических нужд [10]:

а) расход пара на отопление:

Q=0,47×V (4.6.2)

где V - наружный объем здания, м³,

б) расход сжатого воздуха:

= в × М, (4.6.3)

где в - удельный расход сжатого воздуха на 1 тонну литья, который для жаропрочных сплавов равен 1800 м³ / т,

в) расход воды:

По укрупненным показателям удельный расходы воды на одну тонну отливок составляет: оборотной - 110 м³ / т; производственной - 14 м³ / т; питьевой для бытовых нужд - 2 м³ / т; питьевой для производственных нужд - 0,1 м³ / т.

.9 Смета цеховых расходов

Расходы по управлению и обслуживанию производства включают в себя расходы по содержанию и эксплуатации оборудования и общецеховые расходы по управлению и обслуживанию в цехе.

Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования (РСЭО) включают затраты на содержание, амортизацию и текущий ремонт производственного и подъемно-транспортного оборудования, ценных инструментов, цехового транспорта и рабочих мест, износ и затраты на восстановление малоценного и быстроизнашивающегося инструмента и др. (см. таблицу 4.3)

Таблица 4.3 - Смета цеховых расходов

Смета общепроизводственных затрат
Наименование статей	Расчетная формула	Сумма,руб
1.РСЭО
1.Амортизация ОПФ
- оборудования	Таблица	3147360
- транспорта	Таблица	839296
- инструмента и оснастки	Таблица	262280
Итого по статье 1:		4248936
2.Эксплуатация оборудования
- вспом.мат.на содерж.оборуд.	Таблица	1661111,205
- электроэнергия	Таблица	4866640,8
- вода	Таблица	2566851,28
- пар	Таблица	27541990,56
- сжатый воздух	Таблица	22791961,92
- ЗП осн.и доп.вспом.рабочих	Таблица	25669341,74
- Отчисления на соц.нужды	Таблица	8434914,641
Итого по статье 2:		93532812,15
3.Текущ.ремонт оборуд.и транс-та	3%от ст-ти оборуд.и тр-та	119599,68
Итого по статье 3:		119599,68
4.Внутризаводское перемещ.грузов		117306
Итого по статье 4:		117306
Износ МПБ	390р.на одного рабочего	62010
Итого по статье 5:		62010
6.Прочие расходы	5% от суммы пред.ст.	4904033,191
Итого по статье 6:		4904033,191
Всего РСЭО		102984697
2.Цеховые расходы
1.Содержание аппарата управления
- ЗП рук-лей и специалистов	Таблица	7957598,88
- ЗП служащих	Таблица	534416,96
- ЗП МОП	Таблица	8584887,08
- Отчисления на соц.нужды	Таблица	3004710,478
Итого по статье 1:		20081613,4
2.Амортизация здания, инвентаря	Таблица	606387
Итого по статье 2:		606387
3.Содержание здания,инвентаря
- стоим-ть мат.на хоз.нужды цеха	Таблица	41538,2679
- стоим-ть энергии на хоз.нужды	Таблица	13593945,45
- ЗП вспомогат.рабочих	Таблица	5792139,003
- Отчисления на соц.нужды	Таблица	1505956,141
Итого по статье 3:		20933578,86
4.Текущ.ремонт здания и инвент	1%от ст-ти здания	211680
Итого по статье 4:		211680
5.Износ МП хоз.инвентаря	300р.на 1работающего	47700
Итого по статье 5:		47700
6.Охрана труда	400р.на 1работающего	79200
Итого по статье 6:		79200
7.Испытания,опыты,исследоания	360р. На 1работающего	71280
Итого по статье 7:		71280
8.Прочие расходы	1%от суммы пред.статей	420314,3926
Итого по статье 8:		420314,3926
Всего цеховых расходов		42451753,65
Всего производственных расходов		145436450,7
% производственных расходов		91

.10 Смета затрат на производство

Смета затрат на производство представляет собой общую сумму затрат в проектируемом цехе по экономическим элементам. Эта смета составляется на год путем выборок всех однородных по экономическому содержанию расходов из ранее произведенных расчетов прямых и косвенных затрат.

Таблица 4.4 - Смета затрат на производство

Наименование элементов затрат	Уд.вес,%
1.Материальные затраты
- основные материалы	948766483	79,99
- вспомогательные материалы	104590266,4	8,82
- эл.энергия	9778769,808	0,82
- вода	13261534,28	1,12
- пар	30382866,96	2,5615
- сжатый воздух	22791961,92	1,9215
2.Расходы на оплату труда	34254228,82	2,89
3.Отчисления на соц.нужды	11439625,12	0,96
4.Амортизация ОФ	4855323	0,41
5.Прочие расходы	6033123,264	0,51
Итого затрат на производство	1186154182,56	100

Себестоимость 1 т годного литья рассчитывается по формуле:

 (4.8.1)

где åЗ_i - затраты на производство, руб.;

М - выпуск годного литья, т.

Себестоимость 1 т годного литья сплава ЖС6У-ВИ составит 6 242 916,75 руб.

.11 Основные технико-экономические показатели

При определении технико-экономической целесообразности строительства нового цеха рассчитываются его основные показатели, которые сравниваются с аналогичными показателями базового цеха. В качестве базы сравнения необходимо выбирать передовой цех данного вида литья.

Технико-экономические показатели цеха характеризуют все стороны его работы - уровень использования производственных фондов, рабочей силы, рациональность технологического процесса.

Таблица 4.5 - Основные технико-экономические показатели

Технико-экономические показатели цеха
Наименование показателей	Условное обозначение	Ед.изм.	Методика расчета	Значение показателя
Выпуск годного литья	Q	т		190
Общая площадь цеха:	Sобщ	м²	(SАБК + Sцеха)	3776
Производств.площадь цеха	Sпр	м²		3024
Съем с 1м² общей площади:	qj,o	т/м²	qобщ=Q/Sобщ	0,05
Производственной	qпр	т/м²	qпр=Q/Sпр	0,06
Численность персонала цеха	Чобщ	чел		198
Основных рабочих	Чосн	чел		91
Вспомогательных рабочих	Чвсп	чел		68
Руководителей,специалистов,МОП	Чрук	чел		39
Выпуск на 1 рабочего	ПТр	т/чел	ПТр=Q/(Чосн+Чвсп)	1,19
Выпукс на осн.рабочего	ПТо	т/чел	ПТо=Q/Чосн	2,09
Стоимость ОПФ	Fосн	руб	Таблица	53559580
Фондоотдача	ФО	т/руб	ФО=Q/Fосн	0,0000035
Фондовооруженность	ФВ	руб/чел	ФВ=Fосн/Чобщ	270502,93
Выход годного литья	аг		аг=(Q/Мз)100	21,1

4.12 Расчет экономической эффективности внедрения новой техники и технологии

Экономическая эффективность от внедрения новой техники и технологии рассчитывается как разность между результирующей и затратной оценкой проекта:

Э_т=Р_т-З_т; (4.10.1)

где Эт - годовой экономической эффект, руб.;

Рт - стоимостная оценка результатов от внедрения, руб.;

Зт - стоимостная оценка затрат на внедрение, руб.

Снижение трудоемкости производственной программы за счет внедрения на участке облицовки более производительных установок комп.7731 для облицовки блоков, вместо имеющихся вакуумно-амиачных камер УВС-3, пескосыпов и полностью ручного нанесения, рассчитывается по формуле:

 (4.10.2)

где t_б- базовая нормированная трудоемкость, нормо-часов;

t_пр -проектная нормированная трудоемкость, нормо-часов; % - на участке;

 - по цеху;

Внедрение высокопроизводительной техники и технологии позволяет снизить трудоемкость ∆Т на 9,6% на участке.

Прирост выработки рабочих в результате снижения трудоемкости производимой продукции рассчитывается по формуле:

 (4.10.3)

%

Условное высвобождение численности рабочих рассчитывается по формуле:

; (4.10.4)

где К_вн= 1,2…1,3 - планируемый коэффициент выполнения норм выработки;

Рассчитаем изменение затрат по изменяющимся статьям: на энергию, амортизацию, заработную плату на 1 тонну годного литья.

Таблица 4.6 - Изменение затрат на заработную плату в расчете на 1 тонну годного литья

Изменение затрат на ЗП
Показатели	Усл.обозн.	Ед.изм.	Базовый вар.	Проект.вар.	Формула
Численность персонала цеха	Ч	чел	213	198	Таблица
Зарплата основных рабочих	ЗПо	руб	22262467,1	19877202,7	Таблица
Зарплата в расчете на 1т годного литья	ЗП'о	руб	117170,88	104616,86	ЗП'о=ЗПо/Q
Изменение затрат на зарплату	ЗП'о	руб	-12554,02			ЗП'о пр-ЗП'о б

Общее изменение себестоимости:

; (4.10.6)

 

Снижение себестоимости:

; (4.10.7)

 (4.10.8)

Снижение себестоимости для сплава ЖС6У-ВИ составит 0,014%.

Условно-годовая экономия от снижения себестоимости:

Эуг.= ∆общ.× Q = 8222,57×190=1562288 руб. (4.10.9)

Годовой экономический эффект рассчитываются по формуле:

Эг = Эуг - Ен∙∆К, (4.10.10)

где Е_н - нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных и вспомогательного оборудования вложений (Е_н=0,20).

Эг= Эуг - Ен∙∆К =1562288- 0,2×7574560= 1609598руб;

Срок окупаемости капитальных вложений определяется по формуле [10]:

(4.10.11)

Т_ок==2,7;

Коэффициент сравнительной экономической эффективности рассчитывается:

 (4.10.12)

Т_ок =2.7 < Т_н=5;

Е_р=0,3737> Е_н=0,2.

В организационно-экономической части дипломного проекта были рассчитаны численность промышленно-производственного персонала (ППП) цеха и фонд оплаты труда; стоимость ОПФ и размер амортизационных отчислений.

Составлена смета затрат на производство и рассчитана себестоимость одной тонны годного литья.

Рассчитаны показатели экономической эффективности внедрения новой техники и доказана экономическая эффективность проектирования нового цеха.

В спроектированном цехе благодаря внедрению новой техники и технологии снизится трудоемкость на 9,6%, повысится производительность труда на 10,6%, снизятся затраты на: электроэнергию в расчете на 1 т годного литья на 7841,64 руб.; заработную плату на 7720,16 руб. Кроме того, улучшатся условия труда в следствии исключения из технологического процесса использования паров аммиака для сушки.

Условно-годовая экономия составит 1562288 руб., при дополнительных, капитальных вложениях в размере 7574560руб. Годовой экономический эффект составит 1609598руб. Дополнительные капитальные затраты, необходимые для внедрения новой техники и технологии, окупятся в течение 2,7 лет.

5. Безопасность и экологичность проекта

.1 Обеспечение оптимальных условии жизнедеятельности в литейном цехе

В современных условиях особо актуальны вопросы, связанные с охраной окружающей среды. Быстрое развитие научно-технического прогресса во всех отраслях научного хозяйства наряду с положительным решением проблем улучшения жизни человека, приносит множество отрицательных факторов в окружающую среду негативно влияющих на здоровье общества. Особенно ярко это прослеживается в условиях проживания в крупных городах с развитой промышленностью.

Наиболее сложная проблема современных городов - загрязнение и деградация окружающей среды.

Исходя из этого, особую важность приобретает контроль объектов окружающей среды и в первую очередь производственного воздуха. Проводимые мероприятия в ряде отраслей промышленности часто оказываются недостаточными, отстают от технологических достижений. Достижения техники показывают, что современные комплексные меры могут обеспечить более полноценную охрану воздушного бассейна населенных мест от загрязнений.

В тоже время литейное производство является значительным источником загрязнения атмосферы.

Цель данного раздела дипломной работы - обеспечение безопасности и экологичности на участке цеха литья в песчаные формы.

Задачи:

. Обеспечение оптимальных параметров производственной среды на рабочих участках.

. Рассмотреть методы контроля и приборы для измерения концентрации пыли и газов.

5.2 Обеспечение оптимальных параметров производственной среды на рабочих участках и в служебных помещениях микроклимат

Под микроклиматом производственных помещений понимается климат внутренней среды этих помещений, который определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также температурой окружающих поверхностей.

Самочувствие рабочего во многом зависят от состояния окружающей среды и прежде всего от изменения температуры, влажности, скорости движения воздуха, атмосферного давления, теплового излучения.

Улучшения труда на рабочих местах улучшают за счет механизации и автоматизации технологических процессов, обеспечения необходимого воздухообмена в производственных помещениях, изоляции опасных и пылящих процессов, применение индивидуальных защитных средств и т.д.

Эффективным средством обеспечения надлежащей чистоты и допустимых параметров микроклимата воздуха рабочей зоны является промышленная вентиляция. Вентиляцией называется организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязнённого воздуха и подачу на его место свежего. В зависимости от способа создания воздухообмена вентиляция может быть местной и общеобменной.

Общеобменная вентиляция предназначена для ассимиляции избыточной теплоты, влаги и вредных веществ во всём объёме рабочей зоны помещений. С помощью местной вентиляции необходимые метеорологические параметры создаются на отдельных рабочих местах.

Расчёт потребного воздухообмена при общеобменной вентиляции производят, исходя из условий производства и наличия избыточной теплоты и влаги.

При определении потребного воздухообмена для борьбы с теплоизбытками составляют баланс явной теплоты помещения. Без учёта наличия в производственном помещении местных отсосов уравнение теплового баланса принимает вид:

, (5.1)

где DQ_изб - избытки явной теплоты всего помещения, кВт;

 и  - теплосодержание приточного и удаляемого воздуха, кВт;

С_р - удельная теплоёмкость воздуха, кДж*(кг*°С)^-1;

t_пр и t_ух - температура приточного и уходящего воздуха,°С.

Температура удаляемого из помещения воздуха:

, (5.2)

где t_рз - температура воздуха в рабочей зоне, °С;

а - градиент температуры по высоте помещения, °С*м^-1 (а = 0,5 °С*м-¹);

Н - расстояние от пола до центра вытяжных отверстий, м.

Для конкретного случая Н=3, t_рз = 20 °С, тогда

 °С,

, (5.3)

где Q₁ - тепловыделения в производственное помещение от оборудования, приводимого в движение электродвигателями, определяются по формуле:

, (5.4)

Где N - установочная мощность электродвигателей, кВт;

h₁, h₂, h₃, h₄ - коэффициенты, характеризующие конкретные режимы работы оборудования, для приближенного расчёта произведение коэффициентов можно принять 0,25 [ ].₂ - тепловыделения от искусственного освещения, рассчитываются по формуле:

, (5.5)

где N - расходуемая мощность светильников, кВт;_всп. - тепловыделения от различного вспомогательного цехового оборудования;

Q_чел. - выделения тепла работающими в цехе людьми.

Исходя из баланса явной теплоты помещения определяют необходимый воздухообмен (L, м³*ч^-1) для ассимиляции теплоизбытков:

, (5.6)

гдеr_пр - плотность приточного воздуха, кг*м^-3.

 Вт,

Q₂ найдём из условия, что на каждый м² площади цеха приходится 10 Вт мощности светильников, т.е. удельная мощность производственного освещения р = 10 Вт*м^-2. Отсюда:

 кВт,

 Вт,_всп. принимаем 2500 Вт;

, (5.7)

где n - количество работающих на участке людей (n = 22);_уд -количество тепла, кВт, выделяемое за 1 час одним человеком (в среднем P_уд.=0,1кВт);

Тогда

 Вт,  Вт,

Удельная теплоёмкость воздуха С_р = 1 кДж*(кг*°С)^-1; плотность приточного воздуха r_пр=1,2 кг/м³. Температура приточного воздуха t_пр = 18 °С.

По этим данным можно определить потребный воздухообмен для удаления избыточного тепла:

 м³/ч,

Кратность воздухообмена при этом

,

где  м³, - объём производственного помещения.

При правильно организованной вентиляции k_в значительно больше единицы, т.е. можно считать, что данный расчёт произведён корректно.

Необходимый воздухообмен для удаления избыточной влаги находят исходя из материального баланса по влаге и при отсутствии в производственном помещении местных отсосов определяют по формуле:

, (5.8)

где G_вп - количество водяного пара, выделяющегося в помещение, г/ч;

r_пр - плотность воздуха, поступающего в помещение, кг/м³ (r_пр = 1,2 кг/м³);

d_ух - допустимое содержание водяного пара в помещении при нормативной температуре и относительной влажности воздуха, г/кг;

d_пр - влагосодержание приточного воздуха, г/кг.

, (5.9)

где G_обор - количество водяного пара, выделяющегося за 1 час при работе оборудования;

G_чел - выделение влаги работающими в цехе людьми.

, (5.10)

Где m_уд = 150 (г/ч) кВт - удельное выделение водяного пара металлорежущим оборудованием, использующим СОЖ;- количество единиц оборудования;-мощность главного привода соответствующего оборудования.

 г/ч,

, (5.11)

Где m_уд.чел - выделение влаги одним человеком за 1 час работы (в среднем 50 г);- количество работающих в цехе людей, n = 25.

 г/ч,  г/ч,_пр = 7,3 г/кг - при t = 20 °C и относительной влажности воздуха 50%;_ух = 14,6 г/кг - при той же температуре и относительной влажности воздуха 100%.

Необходимая величина воздухообмена для удаления лишней влаги:

 м³/ч,

При одновременном выделении в рабочую зону вредных веществ, не обладающих однонаправленным действием на организм человека, необходимый воздухообмен принимают по наибольшему количеству воздуха, полученному в расчетах для каждого вида производственных выделений. Проведённые расчёты показывают, что наиболее интенсивный воздухообмен требуется для удаления излишков тепла из помещения (L_треб = 2670 м³/ч).

.3 Методы контроля и приборы для измерения концентрации пыле- и газообразных примесей в атмосфере

литейный керамический сплав химический

При решении задач, связанных с охраной окружающей среды, приоритет отдается тому комплексу мероприятий, который обеспечивает наибольшее ограничение или полное прекращение поступления во внешнюю среду неблагоприятного фактора (физического, химического). При рассмотрении мероприятий по борьбе с загрязнением атмосферного воздуха можно выделить следующие три группы:

1) технические мероприятия;

) санитарно-технические мероприятия;

) планировочные мероприятия.

Газообразные промышленные отходы включают в себя:

не вступившие в реакции газы (компоненты) исходного сырья; газообразные продукты;

отработанный воздух окислительных процессов;

сжатый (компрессорный) воздух для транспортировки порошковых материалов, для сушки, нагрева, охлаждения и регенерации катализаторов;

индивидуальные газы (аммиак, водород, диоксид серы и др.);

смеси нескольких компонентов (азотоводородная смесь, аммиачно-воздушная смесь, смесь диоксида серы и фосгена);

Для очистки газообразных и газопылевых выбросов с целью их обезвреживания или извлечения из них дорогих и дефицитных компонентов применяют различное очистное оборудование и соответствующие технологические приемы.

В настоящее время методы очистки запыленных газов классифицируют на следующие группы:

) «Сухие» механические пылеуловители.

) Пористые фильтры.

) Электрофильтры.

) «Мокрые» пылеулавливающие аппараты.

Механические («сухие») пылеуловители условно делятся на три группы:

) пылеосадительные камеры, принцип работы которых основан на действии силы тяжести (гравитационной силы).

) инерционные пылеуловители, принцип работы которых основан на действии силы инерции.

) циклоны, батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители, принцип работы которых основан на действии центробежной силы.

Для очистки запыленных газов все большее распространение получает на последних ступенях сухая очистка рукавными фильтрами. Степень очистки газов в них при соблюдении правил технической эксплуатации достигает 99,9%.

Классификация рукавных фильтров возможна по следующим признакам:

форме фильтровальных элементов (рукавные, плоские, клиновые и др.) и наличию в них опорных устройств (каркасные, рамные);

месту расположения вентилятора относительно фильтра (всасывающие, работающие под разрежением, и нагнетательные, работающие под давлением);

способу регенерации ткани (встряхиваемые, с обратной продувкой, с импульсной продувкой и др.);

наличию и форме корпуса для размещения ткани - прямоугольные, цилиндрические, открытые (бескамерные);

числу секций в установке (однокамерные и многокамерные);

виду используемой ткани (например, стеклотканевые).

В качестве фильтровальных материалов применяют ткани из природных волокон (хлопчатобумажные и шерстяные), ткани из синтетических волокон (нитроновые, лавсановые, полипропиленовые и др.), а также стеклоткани. Наиболее распространены лавсан, терилен, дакрон, нитрон, орлон, оксалон, сульфон. Последние два материала представляют полиамидную группу волокон, обладающих термостойкостью при температуре 250-280 °С. Для фильтровальных тканей наиболее характерно саржевое переплетение. Применяют также нетканые материалы - фетры, изготовленные свойлачиванием шерсти и синтетических волокон.

Наибольшее распространение получил всасывающий рукавный фильтр, который состоит из ряда рукавов, заключенных в герметически закрытый корпус. Подлежащий очистке воздух подается через нижнюю приемную коробку в рукава, заглушенные сверху, проникает сквозь ткань рукавов и удаляется из корпуса через канал. Рукава фильтра очищаются от пыли с помощью специального встряхивающего механизма. Недостатком всасывающих фильтров является значительный подсос воздуха через неплотности (10-15% от объема поступающего на очистку воздуха).

Нагнетательный рукавный фильтр работает следующим образом. Воздух под давлением поступает в верхнюю распределительную коробку и затем в матерчатые вертикальные рукава. Пройдя через рукава и оставив на их внутренней поверхности пыль, очищенный воздух выходит в атмосферу (помещение). Подвижная рама с проволочной сеткой при подъеме и опускании сжимает рукава в поперечном сечении, благодаря чему пыль сбрасывается в пылесборник и удаляется винтовым конвейером. Недостатком таких фильтров является неудовлетворительная очистка фильтрующей ткани, в результате чего значительно возрастает сопротивление фильтра и снижается его КПД.

В промышленности в настоящее время применяются следующие тканевые фильтры:

) с импульсной продувкой каждого каркасного рукава. Регенерация осуществляется под действием импульсов сжатого воздуха и без отключения секций;

) с комбинированным устройством регенерации - механическим встряхиванием и обратной посекционной продувкой.

) с обратной посекционной продувкой.

) с регенерацией механическим встряхиванием. Регенерация рукавов осуществляется вручную или с помощью электромеханического устройства.

Метод электроосаждения (улавливания пыли в электрическом поле) заключается в следующем. Частицы пыли (или капельки влаги) сначала получают заряд от ионов газа, которые образуются в электрическом поле высокого напряжения, а затем движутся к заземленному осадительному электрозаряду. Лопав на заземленный уловитель, частицы прилипают и разряжаются. Когда осадительный электрод обрастает слоем частиц, они стряхиваются под воздействием вибрации и собираются в бункере.

Электрофильтры применяются там, где необходимо очищать очень большие объемы газа и отсутствует опасность взрыва. Эти установки используются для улавливания летучей золы на современных электростанциях, для улавливания пыли в цементной промышленности, а также в металлургии в мощных системах улавливания дыма, для пылеулавливания в системах кондиционирования воздуха и других смежных отраслях.

При очистке газов от частиц пыли и для переработки газообразных отходов с целью извлечения из них полезных компонентов или их обезвреживания успешно применяются методы и оборудование, основанные на принципах мокрого пылеулавливания.

Целесообразно сочетание сухой и последующей мокрой очистки, которая в свою очередь может сочетаться с адсорбционной доочисткой. Развитая поверхность контакта фаз способствует увеличению эффективности пылеулавливания. В промышленности используют мокрые пылеуловители (промыватели) капельного, пленочного и барботажного типов. Конструктивно аппараты могут быть полыми, тарельчатыми, механического и ударно-инерционного действия (ротоклоны), а также скоростного типа (трубы Вентури и другие инжекторы).

Необходимо стремиться к созданию мокрых промывателей с минимальным гидравлическим сопротивлением, работоспособных при низких расходах воды.

Эффективность очистки пыли зависит от размеров улавливаемых частиц и от других свойств пыли. Необходимость концентрирования системы жидкость - твердое тело с возвратом очищенной воды на пылеулавливание, накопление в орошаемой жидкости растворимых компонентов пыли усложняет систему мокрого пылеулавливания. В общем виде процесс улавливания пыли мокрым методом представляется как перенос твердой фазы из газовой среды в жидкую и удаление последней из аппарата вместе с твердой фазой.

В зависимости от формы контактирования фаз способы мокрой пылеочистки можно разделить на:

) улавливание в объеме (слое) жидкости;

) улавливание пленками жидкости;

) улавливание распыленной жидкостью в объеме газа.

При объемно-жидкостном способе поток запыленного газа пропускают через определенный объем жидкости. Для этой цели используют пенные пылеуловители с провальными тарелками или тарельчатые скрубберы, эффективность которых может достигать 90-95%.

Улавливание пыли пленками жидкости характеризуется тем, что контакт газа и жидкости происходит на границе двух сред без перемешивания. Захват (собственно улавливание) твердых частиц тонкими пленками жидкости происходит на поверхностях конструктивных элементов. К этой группе устройств относятся скрубберы с насадкой, мокрые циклоны, ротоклоны и т.п.

Улавливание пыли распыленной жидкостью заключается в том, что орошающая жидкость вводится в запыленный объем (поток) газа в распыленном или дисперсном виде. Распыление орошающей жидкости производится с помощью форсунок под давлением или за счет энергии самого потока газа.

Литейное производство является одним из основных источников загрязнения атмосферы на предприятии. Его вклад в общий выброс предприятия составляет 30-40% загрязняющих веществ. Производство выбрасывает в атмосферу такие вредные вещества как оксиды азота, оксиды углерода, оксиды железа и др. При своевременном и грамотном мониторинге загрязнения атмосферы, а также применении методов очистки отходящих газов и пылеулавливании, вред, наносимый литейным цехом для атмосферы можно снизить на 50-70%.

В данной части дипломного проекта рассмотрены и даны рекомендации по следующим вопросам:

. Обеспечение оптимальных параметров производственной среды на рабочих участках.

. Методы контроля и приборы для измерения концентрации пыли и газов.

Список литературы

1.      ГОСТ 3.1125-88. Правила графического выполнения элементов литейных форм и отливок.

2.       ГОСТ 26645-85. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку.

.         Литьё по выплавляемым моделям / В. Н. Иванов, С. А. Казеннов и др. под общ. ред. Я. И. Шкленника, В. А. Озерова. - 3-изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1984.

.         Аксенов П. Н. Оборудование литейных цехов. Учебник для машиностроительных вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1977.

.         Цветное литье: Справочник / Н. М. Галдин, Д. Ф. Чернега, Д. Ф. Иванчук и др.; Под общ. Ред. Н. М. Таллина. - М; Машиностроение, 1989.

.         Технология литейного производства: специальные виды литья. Учебник для ВУЗов / Ю.А. Степанов и др.- М.: Машиностроение, 1983.

.         Гуляев Б.Б. Теория литейных процессов. Учебник для ВУЗов. -Л. Машиностроение, 1976.

.         Коузов П.А., Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов, 2 изд., Л., 1974;

.         Белов С.В., Ильницкий А.В. и др.; под общ.ред. С.В. Белова. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов - 2-е изд. испр. и доп. - М.: Высш. шк., 1999. - 448 с.

.         Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4.548-96 "Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений" (утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 1 октября 1996 г. N 21)

.         Аксенов П. Н. Оборудование литейных цехов. Учебник для машиностроительных вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1977.

.         Авторское свидетельство СССР № 772681, кл. В 22 С 7 / 02, 1980

.         Авторское свидетельство СССР № 1503974, кл. В 22 С 7 / 02, 1989

.         Авторское свидетельство СССР №816666, кл. В 22 С 7 / 02, 1979

.         Авторское свидетельство СССР № 821029, кл. В 22 С 7 / 02, 1979

.         Авторское свидетельство СССР №850263, кл. №, 1989

17.    Анализ и расчет размерной точности литейной оснастки: Методические указания к выполнению КСРС по курсу «Проектирование и производство оснастки»/ Уфимск. авиац. институт; Сост. Р.Ф. Мамлеев, Г.А. Шевнин, В.М. Паращенко. Уфа,1990.19с.