Проект строительства цеха титанового литья

СОДЕРЖАНИЕ. 4

Аннотация. 6

Введение. 7

1. Проектные решения цеха. 8

1.1 Классификация цеха по различным признакам. 8

1.2 Режим работы цеха. 8

1.3 Фонд времени. 9

1.4 Производственная программа. 10

1.5 Выбор и расчет оборудования. 16

1.5.1 Плавильное отделение. 16

1.5.Модельное,сборочное,подготовительное отделения. 23

1.5.3 Термическое отделение. 30

1.5.4 Очистное отделение. 30

1.6 Компоновка отделений цеха. 31

1.7 Характеристика и монтаж конструктивных элементов здания. 31

1.8 Бытовые помещения. 32

1.9 Вспомогательные отделения цеха. 33

1.10 Транспортная система цеха. 33

2. Разработка технологического процесса изготовления отливки «Кронштейн» в электрокорундовой форме. 35

2.1 Технология изготовления отливки. 35

2.1.1 Пресс-формы для изготовления моделей. 36

2.1.2. Приготовление огнеупорной суспензии. 37

2.1.3. Изготовление форм. 37

2.1.4. Вытопка модельного состава. 37

2.1.5.Прокаливание оболочковых форм. 38

2.1.6 Литье в керамические оболочки. 38

2.2 Краткое описание работы линии. 39

2.3 Комплектность линии. 41

3.Гидровлический расчет площади поперечного сечения питателя литниковой системы 45

4.Анализ вредных и опасных производственных факторов, 47

меры пожарной безопасности. 47

4.1.Санитарно-технологическая характеристика производства. 47

4.2.Комплексные мероприятия по обеспечению безопасных условий труда. 50

4.3.Меры по обеспечению пожарной безопасности. 53

4.4.Обеспечение проектируемого цеха санитарно – бытовыми, административными и вспомогательными помещениями и устройствами. 56

5. Определение технико-экономических показателей проектируемого цеха. 68

5.1 Ведомость технологического оборудования. 68

5.2 Расчет численности рабочих. 69

5.3 Основной капитал. 77

5.4 Расчет фондов заработной платы рабочих. 78

5.5 Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (РСЭО) 84

5.6 Калькуляция себестоимости продукции. 87

5.7 Финансовый план. 89

5.8 Экономические показатели цеха. 92

6. Технологический процесс изготовления художественной отливки. 93

6.1 Анализ технологичности отливки. 93

6.2 Технологический процесс изготовления отливки. 93

Список литературы.. 95

Разработанный проект предусматривает строительство цеха титанового литья по выплавляемым моделям мощностью 100 тонн отливок в год.

Номенклатура выпускаемых отливок разнообразна, возможен выпуск отливок с развесом до 5 кг.

В общей части дипломного проекта приведена номенклатура отливок цеха, составлена производственная программа, выполнены расчеты производственных отделений (плавильного, модельного, шихтового двора, отделения обсыпки).

В технологической части проекта разработан технологический процесс изготовления отливки "кронштейн" в электрокорундовых формах.

В специальной части проекта просчитан гидравлический расчет литниковой системы для нахождения площади поперечного сечения питателей в многоместной форме.

Графическая часть дипломного проекта включает:

- чертёж планировки проектируемого цеха;

- схему грузопотоков литейного цеха;

- продольный и поперечный разрезы цеха;

- чертёжи литейно-модельных указаний, литейной формы в сборе и сборочный чертёж пресс-формы.

В разделе "Техника безопасности и охрана труда" указаны мероприятия по улучшению условий труда в цехе, по противопожарной безопасности, и по обеспечению проектируемого цеха санитарно-бытовыми, административными и вспомогательными помещениями и устройствами.

В экономической части проекта сделан расчёт рабочей силы, фондов зарплаты, цеховых расходов, а так же расчёт средней себестоимости одной отливки.

Прогрессивные современные отрасли промышленности, такие как авиастроение, двигателестроение, производство химического и нефтехимического оборудования характеризуются все более интенсивным внедрением в сферу своего производства деталей из сплавов титана. В настоящее время работает немало цехов и участков фасонного литья, оснащенных совершенным оборудованием. Это привело к повышению качества отливок, возрастанию коэффициента использования металла до 0,3, расширению номенклатуры отливок. Важным резервом является внедрение экономичных заготовок, получаемых методами точного литья, коэффициент весовой точности при механической обработке в которых приближается к 0,7-0,9 вместо 0,1-0,3 при штамповке и ковке.

Существуют проблемы, которые требуют проведения дальнейших исследований с целью совершенствования производства титановых отливок, повышения их качества и снижения стоимости готовых деталей. Известно, что эффективность применения титановых деталей во многом определяется качеством их поверхности, характеристики которой зависят от интенсивности физико-химического, механического и теплового взаимодействия формирующейся отливки с литейной формой.

Технология получения фасонных титановых отливок в нашей стране развивалась в основном на базе авиа- и ракетостроения. Это привело к использованию при изготовлении форм таких материалов, как графит или электрокорунд. В настоящее время значительно возрастает спрос на литые фасонные изделия из титановых сплавов в различных отраслях промышленности (химическая, нефтеперерабатывающая и др.), однако их широкое внедрение тормозится дефицитностью и высокой стоимостью формовочных материалов и, вследствие этого, высокой себестоимостью титанового литья.

В настоящей работе была поставлена цель, разработать технологию изготовления комбинированных керамических форм из дешевых недефицитных материалов для получения качественных фасонных титановых отливок.

1.1 Классификация цеха по различным признакам

Первый признак: по роду металла проектируемый цех относится к разряду жаропрочных сплавов на основе титана. Марки сплавов, выплавляемые в цехе, ограничиваются номенклатурой отливок: ВТ5Л, ВТ20Л.

Второй признак: по мощности цех относится к производству малой мощности. Запроектированная производительность - 100 т. литья в год.

Третий признак: по развесу – цех мелкого литья. В производственной программе цеха предусмотрен выпуск отливок с развесом до 5 килограмм. Это недостаточно весомый разброс по массе, поэтому при проектировании оборудования был выбран один технологический поток.

Четвёртый признак: по серийности - проектируемый цех является цехом мелкосерийного производства. Номенклатура отливок включает в себя 21 наименование.

Пятый признак: по степени механизации - проектируемый цех относится к механизированным цехам с частичной автоматизацией производства.

Согласно классификации литейных цехов по виду производства проектируемый цех относится к цехам мелкосерийного производства.

1.2 Режим работы цеха

Примем режим работы двухсменный, параллельный при пятидневной рабочей неделе, а для отделений термообработки и обсыпки - трехсменный режим работы.

Выбор такого режима работы обуславливается тем, что возможно создание наилучших условий организации труда и, кроме этого, существует возможность постоянного обслуживания технологического оборудования.

Третья смена планируется для обслуживания дуговых печей, а так же для поддержания режимов работы печей термообработки (ТО). Так же в течение третьей смены будут проводиться профилактические и ремонтные работы.

При выборе режима работы проектируемого цеха необходимо обратить внимание на требования охраны труда, которые допускают в общем, неизолированном помещении производить формовку, сборку, операции по заливке, выбивке литья, обрубке и приготовлению смесей.

Вредные операции с большим выделением газов, пыли, шума, других вредных и опасных факторов необходимо изолировать от помещений с менее вредными условиями труда.

1.3 Фонд времени

Ф_Д=(F_К-F_НД)∙S∙g∙К_Р, где

F_К – календарный фонд рабочего времени;

F_НД – выходные и праздничные дни;

S – количество смен работы;

g – средняя продолжительность смены, час;

Кр - коэффициент потерь рабочего времени.

Полученные данные заносим в табл. 1.1

Таблица 1.1

Расчётные и действительные фонды времени для оборудования

Годовой бюджет рабочего времени представлен в табл. 1.2

Таблица 1.2

Структура годового бюджета времени одного рабочего

1.4 Производственная программа

Расчет проекта цеха производим по приведенной программе. Для этого подбираем технологические данные только для части номенклатуры отливок и выбираем наиболее характерные отливки – представители. Основой для проектирования является производственная программа участка титанового литья ООО НПФ «Барк». В проекте составлена точная производственная программа. Она состоит из 21 наименований отливок. Отливки обеспечены чертежами и техусловиями, поэтому расчет программы производим по каждой детали.

Для составления производственной программы отливки – представители заносим в таблицу 1.3. Составление производственной программы цеха начинаем с определения годового выпуска каждой отливки – представителя (в тоннах) в цехе – аналоге:

m ^ца_отл = (g _отл ∙n ^ца _отл )/1000, где

g _отл - номинальный вес отливки, кг;

n ^ца _отл - годовой выпуск отливок – представителей в цехе – аналоге, шт.

Доля выпуска отливок – представителей каждой весовой группы в общем объеме годового выпуска этих отливок в цехе – аналоге:

К_П(ВГ) = ∑m ^ца_отл / ∑∑m ^ца_отл , где

∑m ^ца_отл - годовой суммарный выпуск отливок – представителей соответствующей весовой группы в цехе – аналоге;

∑∑m ^ца_отл - годовой суммарный выпуск отливок – представителей в цехе – аналоге.

Годовой выпуск отливок – представителей в каждой весовой группе в проектируемом цехе:

∑m _вг = К_П(ВГ) ∙ Р_{ПР ,} где

Р_ПР - годовое производство отливок в проектируемом цехе согласно заданию, т.

Доля выпуска отливок – представителей в годовой программе цеха – аналога:

К_П(i) = m ^ца_отл(i) / ∑m ^ца_отл , где

m ^ца_отл(i) - годовой выпуск отливки – представителя в годовой программе цеха – аналога, т;

∑m ^ца_отл - суммарный годовой выпуск отливок – представителей в цехе – аналоге, т.

Условно – приведенное производство каждой отливки – представителя в проектируемом цехе, т:

М_{ОТЛ (i)} = К_П(i) ∙ ∑ М_{ВГ .}

Условно – приведенный поштучный выпуск каждой отливки – производителя в проектируемом цехе, шт:

N_ОТЛ(i) = М_ОТЛ(i) / g _отл .

Данные таблицы 1.3 являются базой для составления производственных программ всех других технологических отделений цеха.

1.5 Выбор и расчет оборудования

1.5.1 Плавильное отделение

Проектирование плавильного отделения начинаем с составления баланса металла, выбора плавильного агрегата, определения необходимого количества оборудования.

1. Расход жидкого металла на каждую отливку - представитель определяется отношением:

g^отл_жм = 100 ∙ g^отл / (ТВГ), где

g^отл - номинальный вес отливки-представителя, кг;

(ТВГ) – технологический выход годного для отливки - представителя, %.

2. Средний технологический выход годного:

Средний (ТВГ) =, где

…- годовое производство отливок-представителей, шт.;

…- номинальный вес отливок-представителей, кг;

…- расход металла на отливки-представители, кг.

3. Средняя металлоемкость:

, где

…- годовое производство форм для отливок-представителей, шт.;

…- металлоемкость формы для каждой отливки – представителя соответственно, кг;

- годовое количество изготовляемых форм в весовой группе или в цехе в целом, шт.

4. Количество жидкого металла, потребное на годовое производство каждой из отливок-представителей, т:

5. Общее количество металла на производство годных отливок:

6. Количество литников, прибылей и выпоров, возвращаемых на переплав:

, где

ТВГ- средний технологический выход годного;

- количество жидкого металла, покрывающего брак отливок, т.

, где

Б_Р - принятый брак отливок, % (5%).

7. Количество возвратных потерь:

8. Суммарное количество жидкого металла, необходимого для производства отливок согласно производственной программе цеха:

Результаты и необходимые данные об отливках-представителях оформляем в таблицу 1.4.

, где

- безвозвратные потери на угар, т;

U - угар, характерный для сплава и плавильного агрегата, в котором выплавляется сплав, % (5%).

9. Выход годного от металлозавалки (%):

, где

- общий номинальный вес выпускаемых в год отливок по цеху в целом, т;

-соответствующий вес шихтовых материалов согласно балансу металла, т.

В расчет необходимого количества жидкого металла необходимо учитывать ве литниково-питающих систем (ЛПС). Расчет приведен в табл. 1.5.

На основе полученных результатов составляем баланс металла (табл. 1.6),

Плавка титанового сплава и центробежная заливка его в форму производится в вакуумных дуговых гарнисажных печах с расходуемым электродом. Расходуемым электродом служит слиток заданного химического состава диаметром от 280 мм до 330 мм и длинной до 340 мм.

Преимущества вакуумных дуговых гарнисажных печей:

1. оптимальные режимы выплавки сложных сплавов;

2. высокая производительность, достигаемая благодаря большим значениям удельной мощности;

3. простота и удобство обслуживания печи, хорошие санитарно-гигиенические условия;

4. возможность быстрого перехода с выплавки сплава одной марки на другую.

Техническая характеристика печи ВДЛ-4М:

1. производительность печи – 0,1 т/час;

2. установленная мощность – 200 кВт;

3. расход электроэнергии – 900 кВт ∙ час/т;

Металлургические показатели:

1. Т_max = 3400⁰С;

2. угар и безвозвратные потери 5%.

Определяем количество плавок на годовую программу для двух печей с разной емкостью тигля. Все данные сводим в таблицу 1.7.

Действительный годовой фонд времени =3815 ч

Определяем количество печей с ёмкостью тигля 0,2 т.

, где

- количество плавок, шт.;

- время плавки, ч;

- действительный фонд времени, ч.

Принимаем одну печь с емкостью тигля 0,2 т.

Определяем количество печей с ёмкостью тигля 0,25 т.

Таблица 1.7

Годовое количество плавок для каждой отливки

Принимаем одну печь емкостью 0,25 т.

Определяем коэффициент загрузки оборудования

1.5.Модельное,сборочное,подготовительное отделения

Особенности модельного отделения – полный локальный цикл изготовления конечного готового продукта – модельного блока. Цикл охватывает следующие основные операции:

1. расплав модельного состава;

2. сборка пресс-форм;

3. запрессовка пресс-форм модельной массой;

4. разборка пресс-форм, доводка моделей, контроль моделей;

5. изготовление ЛПС;

6. сборка модельных блоков;

7. контроль модельных блоков.

Для определения количества оборудования необходимо рассчитать годовой расход модельной массы. Расчет приведен в табл. 1.8.

Таблица 1.8

Ведомость расхода модельной массы

Модельное отделение

Необходимое количество барабанов:

Принимаем один барабан.

Необходимое количество модельных шприц-машин:

Принимаем 7 шприц-машин.

Необходимое количество модельных шприц-машин для ЛПС:

Принимаем две шприц-машины для ЛПС.

Необходимое количество сборочных столов:

Принимаем три сборочных стола.

Отделение подготовки форм

Станок для подрезки ЛПС - 1 шт.

Необходимое количество автоклавов:

Принимаем один автоклав.

Ванна для подготовки форм – 1шт.

Сушило - 1 шт.

Оборудование для приготовления огнеупорного покрытия рассчитывается с использованием данных табл.1.9.

Среднечасовая производительность бака для

приготовления суспензии

Действительный годовой фонд времени

Потребное годовое количество суспензии

Коэффициент неравномерности

Необходимое количество баков:

Необходимое количество барабанов:

Принимаем три бака.

Необходимое количество прокалочных печей:

Принимаем три прокалочных печи.

Отделение обсыпки

Обсыпка форм производится на автоматической формовочной линии, работа которой описана ниже в пункте 2.2. Расчет годовой потребности линии в исходных формовочных материалах приведен в табл. 1.9

1.5.3 Термическое отделение

Для снятия внутренних напряжений после заварки титановые отливки подвергают неполному отжигу с нагревом в воздушной атмосфере. Для снятия напряжений в сложных корпусных отливках, их подвергают отжигу с нагревом в защитной атмосфере. В качестве защитной атмосферы применяется аргон по ГОСТ 10157-79.

Необходимое количество термических печей:

Принимаем четыре термические печи.

1.5.4 Очистное отделение

В очистном отделении литейного цеха выполняются следующие операции: отделение литников и прибылей, зачистка и исправление дефектов литья, термообработка отливок.

Вибросито – 2 шт.

Ленточно-шлифовальный станок – 1 шт.

Шабровочный станок – 2 шт.

Отрезной станок – 1 шт.

1.6 Компоновка отделений цеха

Компоновка отделений цеха должна обеспечивать:

1. соблюдение последовательности технологического процесса при минимальных грузопотоках;

2. выполнение санитарно-технических требований предъявляемых к литейному цеху.

Основные положения при выборе здания:

1. выбираем одноэтажное здание с торцевым двухэтажным пристроем для размещения административных помещений;

2. высота здания и ширина пролетов согласована с применяемыми транспортными средствами.

Здание проектируемого цеха имеет прямоугольную форму, обеспечивающую возможность оптимального размещения технологического оборудования. Конструкция здания представляет собой 2 продольных пролета шириной 24 м.

Ширина 48 м.

Длина здания 108 м.

Высота пролетов от отметки нижней части несущей формы балки до нулевой отметки 14,400 м.

1.7 Характеристика и монтаж конструктивных элементов здания

Фундаменты колонн сборные железобетонные, стаканчатого типа с размерами в основании 2600 х 1900 мм, высотой 1200 мм, изготовляемые из армированного бетона. Фундаментный блок воспринимает нагрузки от здания, поэтому закладывается на глубину 2,25 м., т.к. промерзание грунта в районе г. Перми 1,8 м.

Несущим элементом здания является каркас, выполненный из железобетонных колонн, которые воспринимают нагрузку от перекрытий.

Размеры сечения колонн:

- крайнего ряда 800 х 400 мм;

- среднего ряда 800 х 600 мм.

Колонны среднего ряда – 2-х сторонние, колонны крайних рядов – 1-вет- венные.

Фермы стропильные: в соответствии с шириной пролетов принимаем фермы длиной 24 метров, высотой 3,3 метра.

В качестве покрытия применяем железобетонные ребристые плиты размерами 3 х 6 м. Плиты укладываются на фермы, на плиты наносится слой утеплителя. На утеплитель наносится обмазка горячим битумом БНК-5 в два слоя и 4 слоя рубероида. На здании установлены продольные свето-аэрационные фонари шириной 6 м и высотой 3 м. Каркас фонарей изготовлен из уголка, на который монтируется остекление.

В качестве ограждения конструкции здания выбираем панели, из которых складывается стена. Стеновая панель 6000х1200х400 мм из легкого бетона. Оконные проемы выбираем высотой 3 м и длиной 3м. Полы в цехе выложены металлической плиткой размерами 400х400 мм.

1.8 Бытовые помещения

Бытовые помещения находятся в административном здании. Здание 2-х этажное. Площадь гарде