Министерство образования и науки Российской Федерации нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева

Общая характеристика металлургического производства

Литейное производство является одной из основных заготовительных баз машиностроения. Широкое распространение литейного производства объясняется большими его преимуществами по сравнению с другими способами производства заготовок (ковка, штамповка):

• возможностью получения деталей с заданными физико-механическими свойствами;

• универсальностью и экономичностью методов формообразования сложных металлических изделий

• максимальным приближением отливок по конфигурации и размерам к готовой детали;

• снижением цикла изготовления;

• отходы в стружку при изготовлении специальными способами литья сведены до минимума;

• изготовлением деталей из сплавов, которые трудно поддаются механической обработке;

• безвозвратные потери у отливок составляют 7 – 9 %, у деталей из сварных соединений около 11 – 12 %, у поковок 13 – 14.

Примерно около 70 % (по массе) заготовок получают литьем, а в некоторых отраслях машиностроения, например в станкостроении, 90 – 95 %. Литьем можно получить заготовки практически любой сложности с минимальными припусками на механическую обработку. Это очень важное преимущество, так как сокращение затрат на обработку резанием снижает себестоимость изделий и уменьшает расход металла. Кроме того, производство литых заготовок значительно дешевле, чем, например, производство поковок.

В последнее время большое развитие получили специальные методы литья. К ним относятся:

• литье по выплавляемым моделям;

• литье в оболочковые формы;

• литье под давлением;

• литье под низким давлением;

• литье в кокиль;

• центробежное литье и т.д.

Отливки, получаемые специальными методами литья, по конфигурации и размерной точности приближаются к готовым деталям и объем их обработки резанием невелик.

Выход годного литья увеличивается для кокильного литья до 40 – 60 %.

При литье специальными способами увеличивается производительность процесса, снижается трудоемкость изготовления деталей, возможно получение тонкостенных отливок, широко используются средства механизации и автоматизации.

Литье в кокиль является одним из самых экономичных способов литья, который нашел широкое применение во многих отраслях промышленности, особенно в машиностроении.

Сущность процесса литья в кокиль заключается в заливке жидкого сплава в металлическую форму, в которой, благодаря высокой теплопроводности материала формы, происходит быстрое затвердевание и охлаждение отливки. Металлическая форма применяется многократно и имеет высокую стойкость. С целью регулирования скорости затвердевания отливок рабочие поверхности кокилей облицовывают и окрашивают теплоизоляционными красками. Покрытие наносят также и для защиты формы от воздействия жидкого металла.

Область применения литья в кокиль в значительной степени определяется технологическими возможностями и экономической целесообразностью производства отливок этим способом.

Литье в кокиль дает следующие качественные и количественные преимущества:

• повышение физико-механических и эксплуатационных свойств отливок;

• увеличение выхода использованного для изготовления отливок металла, т.е.отношения массы полученной отливки к залитому в форму расплаву;

• повышение размерной точности и качества поверхностей отливок;

• уменьшение допусков и припусков на механическую обработку;

• частичное или полное исключение формовочных материалов из производства;

• увеличение производительности труда и съема отливок с производственной площади;

• улучшение санитарно-гигиенических условий труда.

Недостатки литья в кокиль – высокие трудоемкость изготовления и стоимость металлической формы, повышенная склонность к возникновению внутренних напряжений в отливке вследствие затрудненной усадки и более узкого по сравнению с литьем в песчаную форму интервала оптимальных режимов литья, обеспечивающих получение качественной отливки.[ЦЛ]

Литьем под низким давлением изготавливают отливки, подвергаемые испытаниям на герметичность, сложной конфигурации с тонкими и толстыми стенками, крупногабаритные с несколькими массивными тепловыми узлами.

Основные преимущества литья под низким давлением: большой выход годного (80-98 %), повышенная плотность отливок, высокий уровень автоматизации процесса.

Литье под низким давлением состоит в вытеснении газом жидкого металла из раздаточной печи в литейную форму. Помимо принудительного заполнения литейной формы, в этом методе литья эффективно используют питание затвердевающей отливки жидким металлом из естественной прибыли – металлопровода.

Характеристика всех отделений литейного цеха.

Металлургический цех включает: литейный цех, цех ТО, цех гальванических покрытий.

В настоящее время в литейном производстве для плавки алюминия и алюминиевых сплавов применяют следующие печи:

• тигельные печи;

• отражательные печи;

• печи для центробежного литья;

Отражательная печь. Промышленная плавильная печь, в которой тепло передаётся материалу излучением от газообразных продуктов сгорания топлива, а также от раскалённой внутренней поверхности огнеупорной кладки печи. Отражательной печью обычно называют печи, применяемые для получения металлов и полупродуктов в цветной металлургии (выплавка штейна из медных руд или концентратов, свинца из свинцовых сульфидных концентратов, рафинирование меди, сурьмы, свинца, олова и др.), варки стекла, а также для расплавления чёрных и цветных металлов и сплавов в литейном производстве.

Тигельная печь. тигельные печи промышленной частоты просты по своей конструкции. Они представляют собой тигель, помещенный в индуктор, питаемый переменным током. После слива каждой плавки можно легко осмотреть и очистить, а затем, если это необходимо, загрузить в него шихту другого по композиции сплава.

Тигельные индукционные печи применяются главным образом для плавки высококачественных сплавов, сталей и алюминиевых сплавов, требующих особой частоты, однородности и точности химического состава. Эти печи имеют ряд несомненных преимуществ перед другими печами. При малом зеркале металла и большой скорости нагрева плавка характеризуется малым угаром (0,5 – 1,0 %). Благодаря тому, что атмосфера эл.печей не содержит продуктов сгорания топлива, возможно получение сплавов со значительно меньшим, чем в пламенных печах, уровнем загрязнения неметаллическими примесями (водородом и оксидами) и отказаться, например, в ряде случаев от применения эффективных, но дорогостоящих методов дегазации расплава, либо при их применении получить особо высокое качество металла. Пониженная газонасыщенность дает отливки с высокими механическими свойствами.

Печи дают более высокую производительность (в 2-3 раза по сравнению с пламенными и в 5-6 раз по сравнению с электропечами сопротивления).

Затраты на получение тонны расплава литейных алюминиевых сплавов в индукционных тигельных печах значительно ниже, чем в пламенных отражательных печах. Меньший расход энергии обусловлен отсутствием потери тепла из рабочего пространства печи продуктами сгорания топлива. Также необходимо отметить еще несколько преимуществ данных печей:

• более легкие условия труда;

• простое и широкое регулирование мощности и температуры;

• сокращение производственной площади из-за малых габаритов печи;

• получение чистого расплава, благодаря отсутствию источников загрязнения; поглощение водорода на 40% меньше, чем в других печах из-за более совершенных условий нагрева;

• стойкость тигля более 6 месяцев.

Печи для центробежного литья.  При центробежном литье расплавленный металл, подвергаясь действию центробежных сил, отбрасывается к стенкам формы и затвердевает. Таким образом получается отливка. Этот способ литья широко используется в промышленности, особенно для получения пустотелых отливок (со свободной поверхностью).

Технология центробежного литья обеспечивает целый ряд преимуществ, зачастую недостижимых при других способах, к примеру:

• Высокая износостойкость.

• Высокая плотность металла.

• Отсутствие раковин.

• В продукции центробежного литья отсутствуют неметаллические включения и шлак.

Центробежным литьём получают литые заготовки, имеющие форму тел вращения:

• втулки;

• венцы червячных колёс;

• барабаны для бумагоделательных машин;

• роторы электродвигателей.

Наибольшее применение центробежное литьё находит при изготовлении втулок из медных сплавов, преимущественно оловянных бронз.

По сравнению с литьём в неподвижные формы центробежное литьё имеет ряд преимуществ: повышаются заполняемость форм, плотность и механические свойства отливок, выход годного. Однако для его организации необходимо специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу литья: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм.

Для бесперебойной работы цеха необходимо иметь минимальный, но в то же время достаточный запас материалов.

Для подачи шихты к плавильным печам предусмотрена система подачи тары и возврата ее по рольгангам. Перед загрузкой в плавильные печи шихта проходит через специальные печи для сушки и подогрева шихты. Эта операция применяется для удаления влаги и увеличения производительности плавильных печей.

В суточные бункера с пластинчатыми питателями шихтовые материалы загружаются при помощи мостового крана. Возврат собственного производства в виде литников и прибылей поступает на склад шихтовых материалов по системе подземных ленточных транспортеров.

С участка заливки по подвесному конвейеру отливки проходят период охлаждения и поступают на участок выбивки для удаления песчаных стержней. Далее отливки поступают на обрезной участок, где происходит обрубка литников, обрезка прибылей, зачистка заливов. После данных операций производится термическая обработка отливок по режиму Т6 (закалка плюс искусственное старение).

Важное значение при заливке форм имеет выбор температуры заливки расплавленного металла. При повышенной температуре заливки возрастает жидкотекучесть металла, улучшается питание отливок, но горячий металл более газонасыщен, сильнее окисляется, вызывает пригар на поверхности отливки. В то время как низкая температура заливки увеличивает опасность незаполнения полости формы, захвата воздуха, ухудшается питание отливки. Температуру заливки сплавов целесообразно назначать на 100—150 °С выше температуры ликвидуса.

Автоматизация заливки литейных форм обеспечивает высокую точность дозировки металла, облегчает труд заливщика, повышает производительность труда.

С участка заливки по подвесному конвейеру отливки проходят период охлаждения и поступают на участок выбивки для удаления песчаных стержней. Далее отливки поступают на обрезной участок, где происходит обрубка литников, обрезка прибылей, зачистка заливов. После данных операций производится термическая обработка отливок по режиму Т6 (закалка плюс искусственное старение).

Выбор смесей и способов получения стержней в значительной мере определяется их размерами, сложностью и серийностью производства. При определении годового количества и массы стержней следует учитывать потери, которые имеют место из-за брака отливок, форм и из-за поломки стержней и т.п. эти потери обычно составляют около 10 %.

Во избежание механических повреждений каждый вид отливок выбивается согласно технологии.

С заливочного участка отливки, изготавливаемые с применением стержней, подаются на участок выбивки подвесным толкающим конвейером. Выбивные комплексы отгорожены от остального цеха для уменьшения воздействия шума на работающих в других отделениях.

На участок обрубки литников и прибылей отливки поступают на подвесном толкающем конвейере. Для удаления литниковой системы, технологических припусков и зачистки по линии разъема отливок применяем роботизированные обрабатывающие центры.

Термическая обработка литых деталей из алюминиевых сплавов способствует их значительному упрочнению, в ряде случаев улучшению обрабатываемости резанием, повышению коррозионной стойкости и т.д.

После термообработки отливки подвергаются проверке на твердость специальным прибором. Затем отправляются на склад готовой продукции, который находится в непосредственной близости от участка термической обработки и зачистки деталей, что позволяет без дополнительной транспортировки доставлять контейнерами продукцию на склад. Со склада отливки вывозятся потребителю.

В цеховой лаборатории проверку химического состава сплава производят методом спектрального анализа. Химическому анализу подвергаются составные части шихты сплава, расплавы всех плавок. Проверяют основные элементы сплава и количество вредных примесей.

Спектральный анализ основан на рассмотрении спектра излучения при воздействии дугового разряда на поверхность материала. По спектру определяют качественный и количественный состав сплава. Заливщик в процессе работы производит контроль качества внешнего вида отливок, согласно установленным требованиям. Не допускаются: неспаи, трещины, раковины, рыхлоты, утяжины. Наружная и внутренние поверхности отливок должны быть чистыми, без включений.

Обрубщик производит визуальный контроль отливок на соответствие требований технической документации. Не допускаются сколы, зарезы, отпечатки от прижимов и упоров в теле отливки.

Техника безопасности, охрана труда и оценка экологической безопасности производства.

Требования безопасности к машинам для литья в металлические формы (кокили).

К машинам для литья в металлические формы (кокили) предъявлены следующие требования безопасности:

- конструкция кокилей и прессформ должна обеспечивает совершенно плотное соединение двух и более форм, точную и надежную подвижных частей;

- операции по заливке металла в кокиль, нанесение защитных покрытий на их рабочие поверхности на многопозиционных машинах следует механизировать. Позиции, на которых производятся эти операции снабжены вытяжной вентиляцией;

- при ручной установке стержней необходимо предусматривать блокировку, предотвращающую возможность смыкания подвижных частей при их простановке;

- кокили и прессформы оснащаются толкателями для выталкивания отливок, исключающие необходимость применения заключающими необходимость введения руками ломика или крючка в опасную зону;

- машины для литья в кокиль оборудованы термостатами для нагрева кокилей перед первой заливкой и поддержание технологической температуры во всех его частях в процессе изготовления отливок;

- машины для литья в кокиль оборудованы вытяжными зонтами (на позициях заливки);

- установлена аппаратура автоматически, обеспечивающая технологическую выдержку времени кристаллизации и охлаждения отливки в кокиле, сборке и разборке подвижных частей.

Безопасность производственных процессов.

1. Транспортировка расплавленного металла к местам его заливки в формы производится по заранее установленным маршрутам погрузчиками.

2. В отдельных случаях допускается переноска жидкого металла в ковшах при ширине проходов не менее 2 м. вручную при массе переносимого груза не более 15 кг.

3. Заполнение заливочных ковшей и тиглей раздаточных печей металлом допускается не более чем на 0,88 их внутренней высоты.

4. Для разливки металла разрешается использовать только ковши с предварительно проверенными исправленными поворотными механизмами и стопорными устройствами, тщательно просушенные и подогретые.

5. Шлак и остатки металла сливают из ковшей в сухие изложницы.

Организация вентиляции

Задачей вентиляции является обеспечение чистоты воздуха и заданных метеорологических условий. Для исключения попадания в воздух рабочей зоны газа и пыли применяют местную вытяжную вентиляцию над кокильной машиной в виде поворотного зонта.

Общеобменная вентиляция на кокильном участке обеспечивает приток свежего воздуха вдоль колонн в рабочую зону с высоты 3 метра и создание комфортных температурных условий на рабочих местах.

Для исключения загазованности воздуха внутри помещений от плавильных печей в их конструкции предусмотрено наличие вытяжной вентиляции, для отвода пыли, вредных газов, паров, избыточного тепла. В конструкции вентиляции предусмотрено наличие циклонов для осаждения взвешенных частиц и фильтров для улавливания вредных веществ.

Общая характеристика работы отделов технического, главного металлурга ЦЗЛ и других отделов.

Глава ОАО ПКО «Теплообменник» Тятинькин Виктор Викторович – он является ген.деректором и главным конструктором. За ним идет главный начальник производства, главный технолог. В подчинении главного технолога находится: техническое бюро, отдел главного металлурга, отдел главного сварщика, отдел главного механика. Отдел главного металлурга включает в себя контроль за работой цеха: горячего литья, объемной штамповки, отдела ТО, порошковой металлургии, производства пружин, окраски, отдела гальванических покрытий. Структура цеха: во главе находится начальник цеха, у начальника цеха есть 2 заместителя – зам.гальванических покрытий и зам.литейного отдела и оборудования.

В отдел работы входит: конструктор, который разрабатывает чертеж, этот чертеж отдается в отдел производства модели и модельщик изготавливает модель и готовят оснастку.

ЦЗЛ – включает ряд экспертов, которые делают химический анализ продукции и дают заключение о годности изделия. Это заключение обжалованию не подлежит.

Также на предприятии существует Стандарт Производства – его нарушать категорически запрещается.

Список литературы

1. Куманин И.Б. Литейное производство. – М: Машиностроение, 1971.-320с.

2. Рыжиков А.А. Технологические основы литейного производства. – М.:Машгиз, 1962. – 527с.

3. Рыжиков А.А. Теоретические основы литейного производства. – М. –Свердловск: Машгиз, 1961. -446с.

4. Методическая разработка к практическим занятиям по теории литейных процессов для студентов спец. 110400 «Литейное производство черных и цветных металлов» Ч.1/НГТУ; Сост. М.И.Рощин, А.Н.Грачев, Н.Новгород, 2002.-27с

5. Методическая разработка к практическим занятиям по теории литейных процессов для студентов спец. 110400 «Литейное производство черных и цветных металлов» Ч.1/НГТУ; Сост. М.И.Рощин, А.Н.Грачев, Н.Новгород, 2002.-19с