Проектирование сталелитейного цеха

В качестве приемного устройства применим литниковую воронку. Литниковые воронки применяются при заливке  всех стальных отливок, независимо от их массы (из-за заливки из стопорных ковшей, а также для уменьшения поверхности контакта металла с литниковой системой).

Стояк.

Он представляет собой  вертикальный канал л. с., по которому металл опускается от уровня чаши до того уровня, на котором он подводится к отливке.

Очень часто по условиям формовки (особенно при машинном изготовлении форм) требуется установка расширяющихся книзу стояков. В таких стояках может происходить подсос воздуха, и требуется установка дросселей, но так как сечение питателей наименьшее (то есть л. с. заполненная), то дроссели не нужны.

Зумпф Очень ответственным местом в л. с. является зумпф - это расширение и углубление под стояком. Его всегда нужно делать при устройстве л. с. В нем образуется болотце металла, гасящего энергию струи из стояка и тем самым предотвращающего разбрызгивание металла. Кроме того, выходя из зумпфа в литниковый ход, металл направлен снизу вверх. При этом направление движения металла совпадает с направлением естественного движения шлаковых частиц, попавших из ковша в металл, и они быстрее выносятся к потолку литникового хода, то есть зумпф позволяет сделать короче литниковый ход и уменьшить расход металла на л. с.

Литниковый ход.

Он представляет собой  горизонтальный канал, чаще всего трапециевидного  сечения, устанавливаемый на плоскости  разъема формы. Основным его назначением  является распределение потока металла  из стояка по отдельным питателям, обеспечивая  его равномерный расход.

Питатели.

Последний по ходу металла  элемент л. с. - питатели. Их количество и расположение зависят от характера заливаемых деталей. Сечение питателей должно быть таким, чтобы они легко отламывались от отливки.

Когда металл подводится несколькими  питателями к отливке, истечение  его из разных питателей, удаленных  на различное расстояние от стояка, разное. Дальние питатели пропускают большее количество металла, чем  ближние. Это объясняется тем, что  в крайних питателях динамический напор частично переходит в статический, поэтому скорость истечения металл из этих питателей выше.

Выбор типа литниковой системы.

Решающими факторами, от которых  зависит выбор типа л. с., являются: конструкция отливки, принятая в цехе технология и свойства сплава, из которого отливается заготовка.

Для изготовления стальных отливок  применяются л. с. максимальной простоты и минимальной протяженности, так  как сталь при охлаждении резко  теряет жидкотекучесть.

Выбранная л. с. относится  к верхним л. с. с горизонтальным расположением питателей. В такой  л. с. металл подводится в верхнюю  часть отливки и к концу  заполнения формы в отливке создается  температурное поле, соответствующее  принципу направленного затвердевания (снизу холодный, а сверху горячий металл).

Выбор места подвода металла  к отливке.

При выборе места подвода  металла к отливке обязательно  учитывается принцип затвердевания  отливки. Так как отливка по своей  конструкции склонна к направленному  затвердеванию, то металл лучше подводить  в ее массивные части. Протекающим  металлом форма в местах подвода  разогревается, в тонкие части отливки  металл подходит охлажденным и скорость их затвердевания еще больше увеличивается. Массивные части, разогретые горячим  металлом, затвердевают медленнее. Такое  температурное поле способствует образованию в отливке (в ее массивном или тепловом узле) концентрированной усадочной раковины, которую легко перевести в прибыль.

Металл подводим вдоль  стенки, в этом случае не происходит прямого удара струи металла  в стенку формы и вероятность  ее размыва уменьшается.

Для определения размеров сечения элементов л. с. нужно  задаться соотношением их размеров.

 

 

Q - вес жидкого металла на форму - 70кг

К - для форм с продувкой СО₂ = 0,74

L = 0,85 - коэффициент поправки на жидкотекучесть для углеродистых марок сталей

t = продолжительность заливки = , коэффициент С в зависимости от характера отливки относительной плотности отливки K_V

 

 

V - габаритный объем отливки в дм³

 

V=3,7*3,7*0,96 = 13,14дм³

 

Коэффициент С, в зависимости  от K_V = 1,3 [12, таб.32]

 

2.4 Расчет размеров прибылей

 

Усадочные раковины образуются в отливках вследствие уменьшения объема жидкого металла при охлаждении и, в особенности, при переходе его  из жидкого состояния в твердое. Они относятся к числу основных пороков отливок, с которыми литейщикам приходится повседневно работать. Для  борьбы с усадочными раковинами применяются  литейные прибыли, представляющие собой  резервуары жидкого металла, из которых  происходит пополнение объемной усадки отдельных частей отливки, расположенных  вблизи прибыли.

От эффективности работы прибыли зависит качество отливки  и процент выхода годного литья. Установка прибылей способствует выполнению принципа направленной кристаллизации.

Прибыль должна:

обеспечить направленное затвердевание отливки к прибыли; поэтому ее надо устанавливать на той части отливки, которая затвердевает последней;

иметь достаточное сечение, чтобы затвердеть позже отливки;

иметь достаточный объем, чтобы усадочная раковина не вышла  за пределы прибыли; иметь конструкцию, обеспечивающую минимальную поверхность.

2.5 Расчет прибыли

 

Для отливки "Корпуса"

Определяется диаметр  вписанного круга, определяющего узел питания отливки Ф 50 мм.

2. Согласно таб.24 (справочник Василевский)

d -толщина прибыли, Т - толщина питаемого узла.

 

d/T=1,8 т.е.

d=Т*1,8=50*1,8=90 мм

 

Протяженность прибыли при  L=Д согласно таб.24 (справ. Василевский)

т.к протяженность питаемого узла расположена равномерно по всей окружности, т.е. L=Д то протяженность прибыли

 

L=31% от Д, т.е.370*3,14*31% = 348мм

 

Распределяем 2 прибыли по окружности для равномерного питания  отливки металлом, т.е. длина одной прибыли будет 348: 2 = 174мм

2.4 Расчет нагружения опок

 

Изготовление отливок  осуществляется на автоматической линии, поэтому расчет нагружения опок не осуществляем, т.к опоки скрепляются перед заливкой специальными скобами.

2.5 Расчет времени охлаждения отливки

 

Расчет времени снятия температуры  перегрева:

 

 

n = 0,5 - показатель кривой охлаждения;

R = 14мм - средняя толщина стенки отливки;

b_ф = 1628 Вт*с^0,5/ (м* °С) - теплоаккумулирующая способность формы;

ρ_ж = 7150 кг/м² - плотность жидкого металла;

с_ж = 838 Дж/ (кг* °С) - теплоемкость жидкого металла;

Т_зал = 1983 К - температура заливки;

Т_{ф. н} = 293 К - начальная температура формы;

Т_л = 1673 К - температура ликвидуса.

 

 

Расчет времени охлаждения отливки  от температуры ликвидуса до температуры  солидуса:

 

 

Т_с=1620К - температура солидуса;

L=270*10³ Дж/кг - удельная теплота кристаллизации сплава.

 

Расчет времени охлаждения отливки  от температуры солидуса до температуры  выбивки:

 

с_тв=560 Дж/ (кг* °С) - теплоемкость твердого металла;

Т_выб = 773К - температура выбивки.

 

 

Общее время охлаждения отливки  в форме:

 

τ = τ₁ + τ₂ + τ₃ = 1954 +2568 + 6278 = 10800сек или 3 час

2.6 Разработка технологического процесса с указанием используемого оборудования, приспособлений, инструмента, материалов

2.6.1. Подготовка формовочных материалов

2.6.1.1 Технологический процесс подготовки формовочного песка

Необходимое оборудование и приборы:

1. прибор определения влажности (тип PIT);

2. прибор определения глинистых  составляющих;

3. прибор определения зернового  состава (тип PSA);

4. контактный термометр (ГОСТ 2823-73Е);

5. лабораторные весы (тип PKW);

6. установка для сушки  и охлаждения песка производительностью  10 т/ч фирмы "GIZAG"

7. пневмотранспортные системы  для транспортировки высушенного  кварцевого песка в силос и  к потребителям.

Общие положения:

1. песок кварцевый марки  2К₂О₂025 ГОСТ 2138-91 поступает из карьера в железнодорожных вагонах с исходной влажностью не более 6%;

2. формовочные пески не  должны иметь посторонних включений,  остатков растительного слоя, угля, торфа, известняка;

3. приемку песков производит  ОТК внешней приемки согласно  ГОСТ 2189-78;

4. по показателям качества  кварцевые пески должны соответствовать  требованиям, указанным в таблице  № 2.1;

5. сухие формовочные пески  транспортируют пневмотранспортом  ко всем потребителям литейного  цеха;

Принцип работы установки:

1. грейфером песок подается  в загрузочный бункер;

2. вращением тарельчатого  питателя влажный кварцевый песок  из загрузочного бункера подается  через транспортирующий желоб  в проходной сушильный барабан;

 

Таблица 2.1

 

3. с помощью встроенных  подъемных и транспортирующих  лопаток песок постоянно перемешивается, в результате чего происходит  интенсивное испарение влаги;

4. после прохождения через  сушильный барабан высушенный  песок подается ленточным элеватором  через сито и каскадный классификатор  в охлаждающее устройство;

5. в охлаждающее устройство  песок поступает с температурой 120°С;

6. из охлаждающего устройства  песок с температурой 30°С и  влажностью не более 0,3% транспортируется  нагнетательной пневмотранспортной  установкой в силос для хранения;

7. от силоса песок пневмотранспортом  подается к потребителям;

8. проходной сушильный  барабан нагревается природным  газом;

9. регулировка пламени  горелки происходит автоматически  в зависимости от температуры  отходящего газа.

Техника безопасности:

1. к работе на установке  допускаются лица, прошедшие инструктаж  по технике безопасности по  выполнению данной работы и  имеющие удостоверение на право  пользования природным газом;

2. в случае каких-либо  неисправностей в работе установки  сушки и охлаждения песка, пневмотранспортных  установок, установки следует  отключить и сообщить об этом  мастеру;

3. после окончания работы  установку отключить от сети, природного газа, сжатого воздуха  и водопровода, убрать рабочее  место, инструмент, приспособления  в специально отведенные инструментальные  ящики.

2.6.1.2 Технологический процесс приготовления формовочной смеси по Alphaset-процессу

Оборудование, оснастка и инструмент:

1. смесителя периодического  действия фирмы "+GF+" производительностью 3 т/ч стержневой смеси;

2. установка для приема, подогрева компонента №1 (смолы) на 500 л с системой автоматической дозировки и подачи в смеситель;

3. установка для приема  жидкого отвердителя на 500 л с  системой автоматической дозировки  и подачи в смеситель;

4. система приводных рольгангов  и передаточных тележек для  осуществления транспортировки  полуформ по зонам (подготовки, заполнения, уплотнения, отверждения, извлечения и отделки);

5. краскораспылительная установка  для окраски поверхностей форм  с емкостью для приема противопригарной  краски;

7. формовочный инструмент: гладила, слесарный молоток, ручная  трамбовка, душник, малярная кисть,  струбцины и т.д.;

8. кран - балка, управляемая  с пола грузоподъемностью 5 т.

При использовании смесителя  периодического действия очередность  ввода жидких компонентов не имеет  большого значения. В быстроходных смесителях непрерывного действия прочность  на разрыв получается выше, чем в  периодических смесителях. Отвердитель  вводят в камеру сразу после ввода  песка, смолу через 20...30 см по ходу шнека. Рекомендуемая влажность песка - до 3%. Можно увеличить расход отвердителя, чтобы ускорить затвердевание; для замедления затвердевания и, соответственно, увеличения живучести, не рекомендуется использовать менее 15% отвердителя, лучше использовать соответствующий медленный отвердитель.

2.6.2 Изготовление литейных форм

Выбор материалов для оснастки.

Для отливки "Корпус" предусматривается следующая модельноопочная оснастка:

модель отливки - 1шт.

модель плиты - 2шт.

модели элементов литниковой системы

стержневой ящик - 1шт.

штыри для модельных плит

опоки "верха" и "низа"

втулки для опок

штыри для сборки форм

Необходимое оборудование и инструмент:

Механизированная формовочная  линия для изготовления мелкого  и среднего литья AMD 15 (no-bake) фирмы "+GF+" в опоках размерами 1000x800x250мм

Дозирующие шнеки.

Суточные бункера кварцевого песка и регенерата.