Состав и основные параметры литейных цехов

Литейные цехи состоят из производственных и вспомогательных отделений, размещенных в различных пролетах и объединенных транспортными средствами таким образом, чтобы маршруты грузопотоков исходных материалов, формовочных и стержневых смесей, форм, стержней, готовых отливок и отходов не пересекались. Ниже приведена номенклатура производственных, вспомогательных отделений и складов. Производственные отделения:

- плавильное с участком навески шихты;

- формовочное (с установками для сушки форм);

- заливочно-выбивное;

- стержневое (со складом стержней и сушилами);

- смесеприготовительное;

- термообрубное (с участками исправления дефектных отливок, гидроиспытания, грунтовки и т.п.).

Вспомогательные отделения и участки:

- подготовки шихтовых материалов;

- подготовки формовочных материалов;

- ремонта ковшей и плавильных печей;

- регенерации формовочных песков;

- приготовления литейной окраски;

- трансформаторный;

- насосная станция и компрессорная;

- ремонтные службы;

- вентиляционные и пылеочистные установки;

- инструментальная кладовая;

- цеховые лаборатории.

Склады:

- шихты и флюсов;

- топлива;

- формовочных материалов;

- огнеупоров;

- вспомогательных материалов;

- моделей и стержневых ящиков;

- опок;

- готовых отливок.

Выбор основных параметров литейных цехов и оптимизацию проектных решений следует проводить на основе классификации, включающей следующие признаки: вид литейных сплавов, массу выпускаемых отливок, серийность производства отливок, отраслевое назначение отливок, технологический процесс получения отливок, сложность и назначение отливок, степень механизации и автоматизации производственных процессов, режим работы, объем производства (мощность).

По виду литейных сплавов принята следующая индексация цехов: серого чугуна СЧ; ковкого чугуна КЧ; высокопрочного чугуна ВЧ; сталелитейные из углеродистой стали УС; легированной стали ЛС; марганцовистой стали ГЛ; цветных сплавов тяжелых – бронзолатунных БрЛ, цинковых ЦС и легких алюминиевых АЛС, магниевых МГС, титановых ТС и т.п.

Вид сплава определяет в первую очередь тип и конструкцию плавильных агрегатов, основное оборудование и транспортные средства шихтового, плавильного и заливочного отделений, а также способ изготовления отливок.

Классификация литейных цехов по массе отливок тесно связана с видом сплава и серийностью производства отливок (таблица 1).

В зависимости от количества отливок по годовой программе различают цехи единичного, мелкосерийного, серийного, крупносерийного и массового производства (таблица 2).

Таблица 1 – Классификация литейных цехов по максимальной массе

отливок, кг

Серийность производства определяет способ изготовления отливок, уровень механизации и автоматизации литейных цехов. Применение автоматических линий и использование современных средств технической кибернетики наиболее эффективно в цехах крупносерийного и массового производства.

По отраслевому назначению отливок литейные цехи условно можно подразделить на производящие отливки для:

- общего машиностроения, электромашиностроения, арматуростроения и т.п.; масса отливок не превышает 100 кг, производство серийное, крупносерийное и массовое;

- среднего машиностроения, типа текстильного, автомобильного, тракторного и сельскохозяйственного; масса отливок преимущественно до 100 кг, максимальная 1000 кг, производство серийное или мелкосерийное, в автомобилестроении массовое;

- крупного машиностроения типа дизелестроения, компрессоростроения, судостроения, среднего станкостроения; масса отливок преимущественно до 500 кг, максимальная до 5000 кг, производство серийное или мелкосерийное;

- тяжелого машиностроения (турбостроение, крупное станкостроение, горно-обогатительное оборудование и т.п.); масса отливок преимущественно до 2000 кг, максимальная до 15000 кг, производство мелкосерийное или индивидуальное;

- особо тяжелого машиностроения (изготовление прокатных станов, блюмингов, тяжелых станков, атомно-энергетических установок и т.п.); масса отливок преимущественно от 2000 до 10000 кг, максимальная до 60000…80000 кг.

Таблица 2 – Классификация литейных цехов по серийности

производства отливок из черных сплавов

Отраслевая принадлежность литейных цехов определяет серийность, выбор технологического процесса получения отливок в ряде случаев предметную специализацию, что определяет организацию производства.

По технологическому процессу получения отливок литейные цехи делят на две группы: цехи, в которых отливки изготавливают в объемных разовых или полупостоянных песчаных формах; цехи, в которых применяют специальные способы литья (по выплавляемым моделям, в металлические, оболочковые формы и т.д.). Классификация по технологическому процессу тесно связана с серийностью производства, видом литейных сплавов и массой отливок. Она определяет вид оборудования, применяемого для основных отделений проектируемого цеха, выбор транспортных средств, уровень механизации и автоматизации и организацию работы.

По сложности и назначению отливок литейные цехи подразделяют на следующие категории.

Цехи, производящие простые по конфигурации малоответственные отливки с толщиной стенок не менее 6 мм, из серого чугуна марок СЧ10 и СЧ15 (ГОСТ 1412-85) или из углеродистой стали (ГОСТ 977-88) с толщиной стенок не менее 12 мм. Количество стержней в форме не более четырех, расход стержневой смеси на 1 т годных отливок не более 0,3 м³. Примеры отливок: печная арматура, фундаментные плиты, маховики, строительные детали, ручки и т.п. Механической обработке подвергается одна - две поверхности отливок.

Цехи, производящие отливки средней сложности. В этом случае на моделях имеются отъемные части, количество стержней сложной конфигурации в форме достигает 5 шт, а расход стержневой смеси достигает 0,5 м³ на 1 т годных отливок. В таких цехах до 50% отливок изготавливают “по сухому” или в формах из жидкостекольных смесей, отверждаемых углекислым газом, либо в формах из холоднотвердеющих смесей. Механической обработке подвергаются наружные и внутренние поверхности отливок, толщина стенок их не менее 6…8 мм. Примеры отливок: шестерни, шкивы, крышки редукторов, рамы дизелей и компрессоров и т.п.

Цехи, производящие сложные отливки ответственного назначения из литейных сплавов высоких марок (чугуны марок СЧ25 и выше, ВЧ38-17 по ГОСТ 7293-85 и др., легированных и углеродистых сталей повышенного качества, сплавов цветных металлов). Модели отливок имеют два и более разъемов, отъемные части, количество стержней в форме может достигать нескольких десятков, расход стержневой смеси 1,5 м³ и более на 1 т. Отливки подвергают всесторонней механической обработке и испытаниям на герметичность, ультразвуковому или иному контролю с целью обнаружения скрытых дефектов. Примеры отливок: ответственные детали дизелей, компрессоров, станков и т.п.

Классификация цехов по сложности и назначению отливок определяет выбор технологического процесса (способ формообразования, конструкцию модельной оснастки и др.), тип оборудования в формовочных и стержневых отделениях, соотношение площадей этих отделений, объем и способы осуществления финишных операций, съем с 1 м² площади (таблица 3) и другие технико-экономические характеристики.

Таблица 3 – Зависимость съема с общей площади цеха от степени

сложности отливок

По степени механизации производственных процессов литейные цехи подразделяются на:

- маломеханизированные, где изготовление форм и стержней, сборка, заливка и другие операции выполняются с помощью периодически действующих механизмов или вручную;

- среднемеханизированные, где механизированы основные процессы (изготовление форм и стержней, приготовление формовочных и стержневых смесей и т.п.) и транспортные операции (с помощью транспортеров и элеваторов для формовочных материалов и смесей и мостовых кранов и тельферов для форм и стержней, шихты, жидкого металла и готовых отливок);

- комплексномеханизированные, где все производственные процессы механизированы; транспортные операции выполняются с помощью конвейеров или рольгангов;

- автоматизированные, где применяются автоматические линии для приготовления и транспортировки форм и стержней, транспортировки шихтовых материалов и готовых отливок, манипуляторы (роботы) для сборки и заливки форм и выполнения других операций.

По режиму работы литейные цехи подразделяются на два основных вида:

- со ступенчатым режимом при разделении производственных процессов по времени и их выполнении последовательно на одних и тех же площадях, в этом случае изготовление форм, например, производят в первую смену, заливку их металлом – во вторую, выбивку – в третью;

- с параллельным режимом при одновременном выполнении производственных процессов во всех отделениях цеха; вредные операции обязательно локализуются с помощью герметизированных устройств с местными отсосами; параллельный режим может быть односменным, двухсменным и трехсменным, наиболее распространен двухсменный, так как при односменном недостаточно полно используется оборудование цеха, а при трехсменном трудно обеспечить исправное состояние основного оборудования и транспортных средств.

В зависимости от массы отливок и характера их производства в различных отделениях цехов возможно применение комбинированного режима работы. Например, производство крупных отливок в кессонах осуществляют по ступенчатому режиму, а мелких и средних на конвейерах – по параллельному режиму. Режим работы выбирается в зависимости от серийности и объема производства, преимущественной и максимальной массы отливок, рода металла и типа плавильных печей, способа формообразования, уровня механизации и автоматизации. Мощность цеха (годовой объем производства отливок в тоннах) определяется в зависимости от массы отливок (таблица 4).

Таблица 4 – Классификация литейных цехов по объему производства

(мощности)

Оптимальная мощность выбирается по критериям интенсивного использования высокопроизводительного оборудования, эффективности капитальных вложений, создания надлежащих санитарно-технических условий производства и т.д. Приведенная классификация (таблица 4) не учитывает специализацию цехов, существенно влияющую на выбор оптимальной мощности.

Специализация цехов может осуществляться по технологическому или предметному (детальному) признаку. С точки зрения специализации отливки можно разделить на следующие виды:

- производимые в массовом количестве в объемных песчаных формах, например радиаторы отопительные, ванны купальные, котлы отопительные, изложницы, трубы, кольца поршневые, маслоты, фитинги и т.д.;

- производимые специальными методами литья, например трубы канализационные, напорные и фасонные части к ним, детали приборов, двигателей внутреннего сгорания, лопатки турбинные, инструмент и т.д.;

- получаемые в машино - и станкостроении мелкими сериями или единичными, например в станкостроении, компрессоростроении, дизелестроении, турбостроении и т.д.

Оптимальные мощности специализированных литейных цехов устанавливаются в зависимости от способа формообразования, массы отливок и вида сплава (таблица 5).

Таблица 5 – Оптимальный объем производства (мощность)

специализированных литейных цехов

Продолжение таблицы 5