Проектирование литейной формы

В земельных лабораториях производится контроль формовочной и стержневой смеси на влажность. Стандарты на методы испытаний включают 26 видов контроля: содержание примесей (оксидов Ca, Mg, Fe, Ti, Al), влаги, прочности смеси при комнатной и высокой температурах, газопроницаемости, осыпаемости, гигроскопичности, текучести при динамических и статических уплотнениях, газотворности, формуемости смесей, объемности расширения и спекаемости песков, а также формы зерен.

Контроль шихтовых материалов проводится группами входного контроля на основе сертификата на поступающие основные и вспомогательные материалы. Основными показателями, характеризующими качество шихтовых материалов и определяющими степень их пригодности для выплавки различных сплавов, являются:

      химический состав и его стабильность;

      содержание примесных элементов;

      степень загрязненности шихты окислами, вредными примесями и неметаллическими включениями;

      габариты и вес кусков шихты.

Ведется контроль за выгрузкой и укладкой в штабеля поступающих материалов, для исключения смешивания составляющих на складе.

Контроль модельного комплекса проводят работники бюро технического контроля модельного цеха. К основным показателям, определяющим качество модельного комплекта, относят точность конфигурации и размеров, шероховатости рабочих поверхностей. После приемки модельный комплект направляют в литейный цех для получения контрольной отливки. Одобрение ее качества является основанием для составления акта о приемке модельного комплекта.

Учитывая возможный износ штырей и втулок, технолог и мастер формовочного отделения контролируют состояние и качество модельно-опочной оснастки.

Контроль песчано-глинистых стержней проводят технолог и мастер стержневого отделения литейного цеха непосредственно на рабочих местах на основе технологических инструкций.

Контроль процессов плавки проводят технолог и мастер плавильного отделения, которые работают в контакте с сотрудниками контрольно-измерительной лаборатории. Контроль процессов плавки начинается с проверки правильности взвешивания шихтовых материалов и составления шихты. Контроль за работой плавильных печей ведется на основе технологической инструкции и контроля за параметрами плавки.

Для контроля чугуна по ходу плавки применяется экспресс-контроль, чтобы получить информацию о параметрах, характеризующих чугун, с возможно малым интервалом времени между отбором пробы жидкого металла и получением информации. Это дает возможность вносить коррективы в режим плавки, а при некоторых условиях регулировать свойства чугуна ковшовыми добавками. Окончательная проверка химического состава выплавляемого чугуна производится в химической лаборатории.

Контроль заливки литейных форм осуществляют мастера плавильного и формовочного отделений и рабочие. Контроль включает в себя проверку готовности разливочных ковшей (степень просушки футеровки, надежность элементов подвески ковша) и формы к заливке (надежность скрепления полуформ, проверку температуры заливаемого в форму расплава).

Контроль финишных операций проводят мастера участков выбивки форм, обрубки и зачистки отливок. Контрольным показателем выбивки форм является длительность охлаждения-формирования отливки, которая устанавливается опытным путем. После очистки отливок, их осматривают мастера цеха с целью изъятия явно бракованных отливок.

Пооперационный контроль называют профилактическим, так как в результате его проведения удается снизить брак, который мог произойти за счет нарушения технологической дисциплины.

Окончательный контроль отливок – это комплексный метод контроля, ставящий задачей проверку качества отливок, ранее прошедших визуальный контроль, исследованием их свойств. Ответственные отливки из высокопрочного чугуна проходят стопроцентный контроль на твердость, наличие цементита, степень глобуляризации включений графита и химический состав.

В качестве проб могут использоваться темплеты, взятые непосредственно из отливок, или специальные приливы-свидетели.

Для массового производства отливок наибольшее распространение получили косвенные методы определения механических свойств и микроструктуры, основанные на применении ультразвуковых и электромагнитных колебаний. Внутренние дефекты выявляются либо методами проникающей радиации, либо акустическими методами.

Механические свойства каждой партии при испытании на растяжение и ударную вязкость определяются соответственно на трех и двух образцах. Испытания на растяжение проводятся на образцах диаметром 10 мм и расчетной длиной 50 мм, на ударную вязкость – на образцах без надреза размером 10×10×55 мм (для чугуна с шаровидным графитом ферритного класса) и размером 20×20×120 мм (для чугуна с шаровидным графитом перлитного класса). Заготовки для изготовления образцов вырезаются из клиновидной пробы, отлитой и термообработанной в технологическом потоке совместно с отливками. Размеры пробы зависят от преимущественной толщины стенок отливки, и выбираются из специальных справочников.

В литейных цехах предусматривают площадки брака, куда поступают отливки с дефектами. Эти отливки тщательно осматриваются и при участии мастеров, технологов и виновников брака анализируются причины его появления; здесь же определяют меры предупреждения дефектов, проверяют выполнение ранее намеченных мероприятий. В связи с переходом многих российских предприятий на международные стандарты менеджмента качества серии ИСО 9000, основные функции управления качеством выпускаемой продукции, снижением брака, разработкой технологических и организационных мероприятий по изучению причин основных видов брака и его устранению, а также улучшению качества выпускаемой продукции, возлагаются на отделы качества.

12 Возможные виды брака и меры его предупреждения

Одним из распространенных видов брака в высокопрочном чугуне является ситовидная пористость. Механизм образования этого дефекта связан с выделением водяных паров на границе металл-форма, при заливке чугуна и кристаллизации отливки. Для устранения ситовидной пористости основное внимание уделяется конструкции литниковой системы, составу формовочной смеси.

Известны и такие виды брака как недоливы, образующиеся при низкой температуре металла, высокой влажности формовочной смеси и большом содержании каменноугольной пыли. Для предупреждения необходимо повысить температуру металла и уменьшить влажность формовочной смеси.

Заливы возникают при недостаточном прижатии опок, из-за неплотного прилегания их друг к другу. Мерами предупреждения является контроль исправности опок.

Обвал формы происходит из-за низкого качества формовочной смеси и неисправности формовочного оборудования.

Газовые раковины образуются при высокой скорости заливки металла, высокой влажности формовочной смеси, большой температуре заливки.

Поддутие формы получается при слабой набивке формы, при заливке металлом нижняя часть деформируется, т.е. расширяется, в результате искажения конфигурации отливки.

13 Основные мероприятия по технике безопасности

Литейным цехам присущи такие специфические условия труда, как избыточное тепло, пар, газ, шум, большие пылевыделения. Поэтому вопросам техники безопасности уделяется особое внимание.

Все машины должны быть оборудованы системой отсоса воздуха, содержащего мелкодисперсную пыль. Места пылевыделения и сильной загазованности оборудуют устройствами приточно-вытяжной вентиляции: для этого применяют циклоны, пылеусадочные камеры, рукавные фильтры, электрофильтры.

При работе с расплавленным металлом возможны выброс и разбрызгивание металла при соприкосновении его с водой, влажными и заржавевшими деталями, поэтому ковш и другие инструменты заливщика должны быть тщательно просушены. Во избежание выплескивания металла из ковша при транспортировке его к месту заливки в формы, ковш должен быть наполнен на 7/8 его высоты. На полу у места заливки не должно быть сырости. Для защиты органов зрения работника при работе у нагревательных печей используют очки открытого типа 0,1; 0,7 со светофильтрами Д1; у сталеплавильщиков – защитные козырьковые очки К1 со светофильтрами П1 и П2. Для защиты органов дыхания при плавке металла пользуются респиратором ШБ-1, при формовке – респиратором РПС-0,7. При работе в загазованной атмосфере и недостаточном содержании кислорода применяют кислородные изолированные противогазы. Для защиты рабочего от механических повреждений, воды, щелочи применяют специальную одежду (брюки и куртку). Для защиты органов слуха используют противошумные наушники.

Охладительная часть конвейера должна перемещаться в специальном заливочном кожухе, оборудованном отсосом газов.

Движущиеся части машин и механизмов, зон обработки станков и прессов и т.п., должны быть оборудованы оградительными устройствами. Они предназначены для предотвращения случайного попадания человека в опасную зону. Вход в огражденную зону осуществляется через дверцы, снабженные устройствами блокировки, останавливающими работу оборудования при их открытии.

Для защиты от поражения электрическим током должны применяться следующие технические меры защиты:

      применение малых напряжений;

      электрическая изоляция;

      контроль и профилактика повреждения изоляции;

      защита от случайного прикосновения к токоведущим частям;

      защитное заземление, зануление;

      применение индивидуальных защитных средств.

14 Охрана окружающей среды

Основные проблемы литейного производства связаны с охраной окружающей среды. В литейных цехах имеются существенные источники неорганизованных и организованных выбросов в воздух вредных газов и пыли. Кроме того, происходит загрязнение сточных вод различными химическими соединениями, так как вода используется для очистки газов и аспирационного воздуха, для охлаждения оборудования, гидрогенерации песка, грануляции шлаков, приготовлении формовочных и стержневых смесей, красителей, при гидравлической и электрогидравлической очистке отливок.

Поэтому при проектировании литейных цехов необходимо использовать новейшее высокопроизводительное оборудование, технические процессы, малоотходные технологии. Наиболее перспективным решением является организация системы оборотного водоснабжения.

С целью снижения вредных выбросов в литейном производстве осуществляются: замена вагранок на индукционные печи; замена литья в разовые ПГФ на специальные способы литья (под давлением, по выплавляемым моделям и др.); применение вместо песчано-глинистых таких самотвердеющих смесей, как химически твердеющих (СО2-процесс), холоднотвердеющих (ХТС), горячетвердеющих (ГТС), жидконаливных самотвердеющих (ЖСС); а также использовать в сушилах, печах взамен твердого и жидкого топлива природный газ и электроэнергию.

Большое значение для снижения выбросов имеют автоматизация процессов, сопровождающихся выделением пыли, например: изготовление формовочной смеси, распределение ее по бункерам, прием и отвод отработанной смеси из-под выбивных решеток, что позволяет частично или полностью герметизировать эти участки; механизация пылеуборочных работ с помощью автономных пылеуборочных машин – мокрым способом (гидросмыв), пневматическим способом (посредством вакуумных централизованных пылеуборочных установок); внедрение для перемещения пылевидных и порошковых материалов пневматического транспорта. Значительно снизить количество выбрасываемой пыли позволяет применение гидравлической и электрогидравлической очистки литья.

В данном проекте применяются индукционные печи ИЧТ-10/4, которые уменьшают выброс газа СО, по сравнению с вагранкой в 30 раз; индукционные миксеры ИЧКМ-16; закрытые автоматические формовочные линии типа ИЛ 225; электропечи СНЦ 5.10.5/10 для термообработки отливок, в которых не используется жидкое и твердое топливо.

15 Технологические расчеты

15.1 Расчет литниковой системы по методу Озанна-Диттера

1) Определяем площадь поперечного сечения питателя по формуле:

Fп = (K√Gотл)/√Нр, см2,                                                                                                                (8)

где Fп – площадь питателя, см2;

К – приведенный коэффициет, зависящий от толщины стенок отливки;

К равно 4,3 (стр. 135 [5]);

Gотл – масса отливки, кг;

Нр – расчетный статистический напор, см.

2) Находим расчетный статистический напор по формуле:

Нр = Н–Р2/(2С), см,                                                                                                                (9)

где Н – высота стояка от места подвода расплава в форму, см;

С – высота отливки, см;

Р – высота отливки выше места подвода металла, см.

Нр = 17,5–0,52/(2×11,2) = 17,49 см

3) Находим питаемую массу

Gп.м. = nGотл +Gпр, кг,                                                                                                                (10)

где Gотл – масса отливки, кг;

Gпр. – масса прибыли, кг;

n – количество питаемых отливок.

Gп.м .= 2×3,2+1,4 = 7,8 кг

Fп = (4,3×√7,8)/√17,49 = 2,87 см2

4) Остальные элементы литниковой системы находятся из соотношения:

Fл : Fшл : Fп = 1,3 : 1,2: 1,0,                                                                                                  (11)

где Fл – площадь сечения литникового канала, см2;

Fшп – площадь сечения шлакоуловителя, см2;

Fп – площадь сечения питателя, см2.

Fшп = Fп×1,2 = 2,87×1,2 = 3,4 см2

Fл = ∑Fп×1,3 = 2,87×6×1,3 = 22,38 см2

Fст = ∑Fп×1,4 = 2,87×6×1,4 = 24,10 см2

6)                Определяем диаметр стояка по формуле:

d = √((Fст4)/π), см                                                                                                                              (12)

d = √((24,1×4)/3,14) = 5,54 см

Принимаем диаметр стояка 50 мм.

7)                Находим линейные размеры элементов литниковой системы.

8)                Определяем линейные размеры питателя

Fп = 2,87 см2

а = 22 мм

в = 16 мм

h = 15 мм

9)                Определяем линейные размеры шлакоуловителя

Fшл = 3,4 см2

а = 18мм

в = 16 мм

h = 20 мм

10)            Определяем линейные размеры литника