Проектирование цехов литья под давлением

Вопросы проектирования цехов литья под давлением с учетом современных методов научной организации производства и современных методов управления достаточно подробно изложены в работе А.К.Белопухова. Цель данного раздела - показать (на примере нескольких цехов) новые тенденции проектирования крупных цехов литья под давлением алюминиевых сплавов. Отдельные проектно-технологические решения, принятые в рассматриваемых ниже цехах, могут быть использованы также для цехов средней и малой мощности применительно ко всем сплавам.

Цех алюминиевого литья ВАЗа - один из лучших в России цехов литья под давлением алюминиевых сплавов. Корпус цеха алюминиевого литья представляет собой современное, оборудованное по последнему слову техники, здание из бетона, металла и стекла. Все сантехнические коммуникации и цеховые транспортеры находятся в подвальных траншеях и помещениях. Электрокоммуникации открыты. Кабели укладывают в решетчатые коробы, которые либо подвешены на растяжках к потолку, либо укреплены на стене у потолка. Нормальная температура в цехе поддерживается кондиционерами, имеется разветвленная вентиляционная сеть с отводами к каждой машине. Для охлаждения пресс-форм и машин используют деминерализованную воду, циркулирующую в замкнутом контуре. Ее температура поддерживается в пределах 16-18 °С холодильными установками, расположенными в подвальном помещении. Для подзарядки аккумуляторов азотом имеется общезаводская сеть, от которой идут отводы к каждой машине.

Готовую продукцию и отходы складывают в специальную тару, приспособленную для транспортирования на мотокарах; на них осуществляют все внутрицеховые перевозки. Расплавленный металл из плавильного отделения, где он плавится в газовых печах, развозится по монорельсу на специальных подвесных тележках.

Корпус разделен на цех литья под давлением и цех кокильного литья. На рис.90 дан план цеха литья под давлением, включая часть плавильного отделения и участка ОТК. Штриховыми линиями показаны установленные в подвальных траншеях транспортеры для подачи к плавильным печам отходов литья. На участке литья под давлением установлено 45 машин; из них машин с усилием запирания 0,4-0,7 МН-23, 0,95-1,5 МН-22. Машины с усилием запирания 0,95 и 1,5 МН оснащены автоматическими дозаторами фирмы ’Lindberg ” (Германия)

Проектирование цехов литья под давлением

Горячие отливки с отломленными литниками укладывают на склиз, дно которого выполнено из прутьев, приваренных на некотором расстоянии друг от друга. В коробке под дном склиза установлен вентилятор, обдувающий отливки. Для обрезки облоя рядом с машинами расположены гидравлические прессы с усилием 0,01-0,02 МН.

В качестве рабочей жидкости для машин применяют негорючую жидкость ’Houghton Safe-620”. Негорючие жидкости требуют более жесткого режима эксплуатации, чем минеральные масла, поэтому машины оборудованы теплообменниками для охлаждения жидкости и соответствующими блокировками гидропривода. В ряде случаев целесообразно устанавливать нагреватели для жидкости. При работе на негорючей жидкости необходимо через каждые 6 ч очищать фильтры обратным потоком жидкости. Заменяют жидкость через 3000 рабочих часов.

Способ крепления литейных машин и устройство их фундаментов обеспечивают высокую жесткость, быстрый монтаж или замену машин и удобную подготовку магистралей. Машину устанавливают на жесткую сварную раму и. после выверки и установки соответствующих прокладок закрепляют с помощью 15-18 болтов. Фундаменты крупных машин имеют проход (приямок) для монтажа на пресс-форме нижних гидравлических цилиндров удаления стержней. Вокруг фундаментной рамы устроена канавка для стекания рабочей жидкости, прикрытая решеткой.

Непосредственно под машиной проложен туннель с транспортером и трубопроводами. Литники и облой с обрубного пресса падают на нижний транспорт через отверстие в полу. Через специальные отверстия в полу к машине и прессу подаются электроэнергия, вода, воздух, газ для подогрева пресс-форм и лотка дозатора, а также сливается охлажденная вода.

В цехе установлены раздаточные электрические печи камерного типа с силитовыми нагревателями мощностью 50 кВт. Они удобны в обслуживании, дают небольшое тепловое излучение и удачно отделяют транспорт и раздачу жидкого металла от рабочего места литейщика.

Подогрев пресс-формы перед работой осуществляется горелками низкого давления инжекторного типа. Горелка состоит из двух труб диаметром 1,25 дюйма, соединенных в жесткую конструкцию, которую укладывают горизонтально в разъем пресс-формы на нижние колонны машины. Трубы имеют в горизонтальной плоскости отверстия диаметром 5 мм для выхода газа, расположенные через каждые 120 мм.

Комплекс оборудования для литья под давлением и обрубки расставлен в зависимости от вида отливок по трем схемам. Участок производства крупных отливок обслуживают двое рабочих, меняющиеся местами через каждые 2 ч работы. Это позволяет поддерживать высокий темп работы. Первый рабочий обслуживает литейную машину и пресс для ломки литников. Второй рабочий обрубает на гидравлическом прессе остывшие на решетчатом склизе отливки (каждую отдельно), проводит ручную зачистку, контроль отливок на столе и навешивает их на транспортер. Участок производства мелких отливок обслуживает один рабочий. Он обрубает на прессе еще не остывший куст отливок в то время, как в пресс-форме затвердевает следующий куст. Отливки с пресса разгружаются автоматическим устройством прямо в короб, для чего отливки при обрубке должны оставаться в верхней части штампа.

Участок производства тормозных барабанов отличается от предыдущего наличием печи для нагрева колец. Отливку после обрубки по периметру и вырубки литника сталкивают на склиз, а с него вручную навешивают на подвесной транспортер. Пресс-остатки после выталкивания из камеры прессования (барабаны изготовляют с центральным литником) по желобу сталкиваются в короб.

Облой и отходы со всех прессов проваливаются через окна в нижней плите пресса на склиз и по нему попадают на подземный пластинчатый транспортер.

При всех схемах расстановки оборудования около машин имеются помосты, облегчающие обслуживание машины, печи и обрубного пресса. Коллекторы для охлаждающей воды расположены над формодер- жателями машины. Они не загромождают рабочее место и доступны для наблюдения. Пространство между формодержателями перекрыто вытяжным зонтом. Для монтажапресс-форм зонт откатывается на роликах по рельсам.

Цех литья под давлением УМПО. Уфимское моторостроительное производственное объединение является одним из крупных изготовителей алюминиевого литья. В современном литейном цехе проектной производительностью 23 тыс.т литья организовано массовое производство отливок для двигателей автомобиля ’’Москвич”. Литьем под давлением и в кокиль из алюминиевых сплавов Ал32, Ал2 и ЖЛС отливаются 18 деталей. Более 40 деталей отливают для производства изделий и товаров народного потребления (мотоблок ’’Урал”, снегоход ’’Рысь”, двигатель УМЗ-5,5, мебельные фурнитуры и др.).

К некоторым отливкам предъявляются повышенные требования по герметичности и прочности. Около 25 % всех отливок испытывают на герметичность воздухом при давлении от 0,05-0,5 МПа, а каналы масляной системы блока цилиндров дополнительно испытывают водой при 1,5 МПа. Масса отливаемой детали составляет от 0,1 до 25 кг.

Одноэтажное шестипролетное здание цеха имеет 18,5 тыс.м2 производственной площади. Плавильное отделение оснащено восемью печами ИАТ-6М-2 и тремя печами ИАТ-2.5М-1. Каждая пара плавильных печей обслуживается электромиксером емкостью 5,5 т.

Печи ИАТ отечественного производства обладают рядом преимуществ по сравнению с другими видами плавильного оборудования: получение равномерных свойств сплава, малый угар металла и легирующих элементов, высокая производительность (1-1,2 т/ч), возможность полной автоматизации. Подобран оптимальный режим ведения плавки: разогрев на 8-9 ступенях - 0,5-1 ч, расплавление на 4- 3 ступенях до 620 °С и на 6-5 ступенях до 760 °С, выдержка на 9 ступени 20 мин (низкие ступени более мощные). Общее время плавки 4-6 ч.

Исходным сырьем для получения рабочего сплава служат чушки сплавов Ал32, Ал2, ЖЛС в количестве 60-70 % и 40-30 % возврата собственного производства.

Однако, завершающая роль для получения чистых сплавов принадлежит рафинированию, т.е. принудительному удалению водорода, оксида алюминия и шлаков из расплава.

Первичные шлаки имеют плотность близкую к плотности сплава, поэтому их трудно удалить. Для облегчения удаления шлака сплав нагревают до 720 °С и обрабатывают его реагентами.

Наиболее распространены методы рафинирования расплава газами, солями и фильтрацией.

В цехе применяется комплексный метод обработки солями. Сплавы Ал32 и Ал2 обрабатывают дегазирующими таблетками и флюсом МХЗ в раздаточном ковше емкостью 400 кг. Дегазирующие таблетки, в состав которых входит 87 % гексахлорэтана, 12,7 % хлористого натрия и 0,3 % ультрамарина в количестве 0,03 % от массы расплава, опускаются в расплав с помощью колокольчика и находятся там до прекращения дегазации.

После прекращения бурления в расплав замешивается покровный флюс МХЗ в количестве 0,8 % от массы расплава. В его состав входят, % (по массе): хлористый натрий 50, хлористый калий 35 и криолит 15. Расплав под флюсом находится 5-10 мин, после чего шлак снимается, и сплав подается в раздаточную печь.

Поршневой сплав ЖЛС рафинируется жидким флюсом, получаемым расплавлением солей, входящих в его состав (хлористый натрий 40 %, хлористый калий 50%, криолит 10%), во флюсоплавильной установке.

Машины литья под давлением формы ’’Votan” типа DMKh-2000, -1100, -900, -700 запускались печами сопротивления фирмы ’’Schmi- tec и Appelt” с тиглями емкостью 900 до 700 кг и ковшовыми дозаторами фирмы ’’Honsel” с емкостью ковша от 3 до 25 кг (рис.1 Т).

Машины литья под давлением типа CLOC-400 были оборудованы тигельными электрическими раздаточными печами с емкостью тигля 250 кг. Разливка осуществлялась ручными ковшами (рис.8).

Автоматические станки для литья поршней фирмы ’’Фата” с механизированной выемкой отливок оборудованы двухкамерными тигельными печами сопротивления. Заливка металла осуществляется вручную специальным двухносковым ковшом.

В 1978 г.по технологическим рекомендациям, разработанным В.М.Паращенко и А.П.Цисиным совместно с институтом проблем литья Украины, были установлены магнитодинамические насосы типа МДН-6.

Преимуществами МДН по сравнению с другими типами дозаторов являются:

  • более высокое качество заливаемого металла (повышенная чистота по неметаллическим включениям, постоянство температуры и химсостава, отсутствие загрязнения железом);
  • экономичный метод подогрева металла и меньший расход энергии по сравнению с дозаторами, оборудованными печами сопротивления;
  • достаточная точность дозирования, удобство управления и регулировки;
  • компактность и универсальность дозатора;
  • простота доливки металла;
  • отсутствие движущихся в металле узлов, простота ремонта, не требующего высокой квалификации персонала;
  • существенное улучшение условий труда литейщиков.

В настоящее время установки МДН-6А внедрены в комплексе со всеми машинами ЛПД и в кокиле при литье мелких (0,1-2,0 кг), средних деталей (2-5 кг) и крупных деталей ’’Блок цилиндров (25 кг).

Замена ковшевых дозаторов МДН-6 улучшила качество отливок, особенно по включениям типа "черные пятна”, "шлак”, которые приводили к выходу из строя инструмента при обработке этих отливок на автоматических линиях.

Значительно уменьшилась трудоемкость обслуживания дозатора литейщиком (исключена операция частой очистки оксидов с поверхности металла в тигле) и ремонтным персоналом. Существенно уменьшились затраты на ремонт и замену деталей дозатора и печи, снизились расход энергии и тепловыделение на литейщика.

В результате проводимой модернизации в цехе работают свыше 45 магнитодинамических дозаторов. Они существенно повышают культуру производства, условия труда, качество отливок, экономию металла, электроэнергии, различных материалов.

В результате внедрения процесса электромагнитной заливки снижается на 90 % трудоемкость заливки металла за счет механизации ручного труда и повышается на 25% произволительности труда за счет снижения вспомогательного времени и увеличения металлоемкости форм.

Технологический процесс обрубки литников, промывников мелких отливок на машинах CLOO-400 (Словакия) полностью автоматизи-

Проектирование цехов литья под давлением

рован. На рис.91 показана система автоматизированного комплекса машины CLOO-4GO ЛПД. Один литейщик обслуживает две или три такие автоматизированные системы. Автоматизированные системы на участке отливки мелких деталей успешно работают с 1985 г.

В зависимости от массы и сложности отливки при удалении пресс- остатков используют разные прессы. Характеристики некоторых приведены в табл.77.

Заусенцы на отливках толщиной до 1-1,5 м зачищают шлиф- машинами (фортунами) и удаляют в галтовочных барабанах.

Таблица 77. Характеристика прессов для обрубки литейных заготовок

Проектирование цехов литья под давлением

Время отвердевания состава в порах отливки при температуре 18°С 16-24ч. После повторного испытания на герметичность отливки отправляют на проверку геометрических размеров с использованием специальных инструментов и шаблонов.

После предварительной механической обработки детали испытывают на герметичность на специальных стендах 2ИУ4 сжатым воздухом или водой. Негерметичные детали пропитываются составом на основе жидкого стекла. Состав имеет, % (по массе):

Проектирование цехов литья под давлением

Все электрокоммуникации и вентиляционные системы расположены в подвальных помещениях. Здесь же находятся дежурные слесари по ремонту электрооборудования, газового хозяйства, водопроводных и вентиляционных систем.

Цех литья под давлением фирмы ’’Chryster”. Этот цех можно рассматривать как отдельный завод с месячным выпуском 3200 т алюминиевого литья. Ряд проектных решений аналогичен цеху ВАЗа, но имеются и существенные различия. Рассмотрим современный подход к планировке цеха на примере данного завода, который в отличие от ВАЗа, является самостоятельным предприятием по выпуску отливок под давлением из алюминиевых сплавов.

Завод литья под давлением делится на следующие основные участки: первый - плавильный (плавка алюминиевых сплавов, хранение жидкого сплава, рафинирование, отправка на участок ЛПД, получение исходных сплавов); на территории этого участка размещаются также некоторые службы и административные помещения; второй - участок машин ЛПД; здесь же находится часть оборудования для обрезки отливок; третий - участок зачистной и механический (основные операции по зачистке, некоторые доделочные операции).

Плавильный участок расположен на южном конце основного корпуса и занимает площадь 30X168 м. Используют четыре крупные отражательные печи емкостью свыше 61 т и производительность 9 т/ч. Эти печи установлены в ряд, с тем чтобы облегчить транспортировочные операции. Предусмотрена площадь для хранения. На участок грузовиками привозят с металлургического завода жидкий сплав. Металл из печей поступает в ковши емкостью 1,8 т и подается к раздаточным печам у машин для литья под давлением. Для транспортирования ковшей используют монорельс. В полу цеха сделано углубление для размещения ковшей во время заливки их жидким металлом. Каждый ковш имеет кабину для оператора и механизм наклона. В середине каждой пары плавильных печей проходит верхняя часть подъемного транспортера, который предназначен для загрузки в печь отходов.

Участки плавильный и литья под давлением отделены друг от друга вентиляционными камерами с жалюзи. Все вентиляционные камеры с жалюзи управляются на заводе одним оператором.

На плавильном участке установлена дополнительная (пятая) печь для переплавки загрязненных (преимущественно маслом) отходов. Емкость печи 13 т. Для извлечения металла из оксидов и облоя использован восстановительный агрегат с водяным охлаждением.

На плавильном участке расположены четыре воздушных компрессора производительностью 162 м3/мин и один деаэратор мощностью 1680 м3/ч. Здесь же находятся устройства для деминерализации воды и насосные станции для подачи ее к машинам.

Участок литья под давлением занимает площадь 43X140 м. После нескольких экспериментальных перестановок машин выявлена следующая оптимальная планировка: 55 машин расположены двойными рядами по 8 машин (усилием до 0,68 МН, расстояние между ними 6 м) и по 7 машин (усилием 0,18 МН, расстояние между ними 7,3 м). Кроме того, фундамент смонтирован так, что возможно установить еще 67 машин. Машины монтируют рядом с устройством для подачи жидкого металла на расстоянии 0,7 м в сторону от центрального монорельса. Со стороны каждого ряда механизмов запирания машины имеется проход шириной 6 м для обслуживания машин.

На участке литья под давлением размещено также оборудование для пропитки некоторых отливок с использованием давления или вакуума.

Смотрите также