Технологические процессы в машиностроении

Шлакообразование активно развивается при прохождении шихты в области распара после окончания процессов восстановления окис­лов железа в доменной печи. Шлак состоит из окислов пустой породы и золы кокса, а также флюса, специально добавленного в печь, чтобы обеспечить достаточную жидкотекучесть шлака при температуре 1400 — 1450 °С. При слишком легкоплавком шлаке не успевает вос­становиться значительная часть окислов железа, которая выносится с этим шлаком из зоны восстановления. При слишком тугоплавком шлаке на стенках печи образуются большие настыли, и доменный процесс осложняется. Основные составляющие доменного шлака — кремнезем (30—45 %), окись кальция (40—50 %), глинозем (10— 25 %). Состав шлака зависит от пустой породы руды, а также от того, получают ли в доменной печи передельный чугун, литейный чугун или ферросплавы (табл. 1).

Шлаки, получаемые в доменной печи, в последние годы широко используют в промышленности. На большинстве заводов их грану­лируют, выливая расплавленный шлак прямо из шлаковозных ковшей в большие бассейны. Полученные таким образом шлаковые гранулы перерабатывают на цемент и другие строительные материалы (шла­ковую вату для теплоизоляции, шлаковые блоки и др.).

В верхней части печи из шихты отделяются газообразные про­дукты реакций и азот воздуха. Газы, выделяющиеся из доменной печи, называют обычно колошниковыми. С ним: вместе из печей выносится огромное количество пыли (50 кг на 1 т чугуна). Газ со­стоит из 26—32 % окиси углерода, 9—14 % двуокиси углерода и 54—58 % азота. Теплотворная способность такого газа 4000 Дж (850— 950 кал) па 1 м3, поэтому его широко используют после очистки от пыли как топливо для подогрева воздуха, идущего в доменные печи, а также в других печах металлургического завода.

Литейные коксовые чугуны (ЛК) имеют семь марок (ЛK1— ЛК7); первые марки имеют минимальное содержание углерода и максималь­ное— кремния.

Для производства чугуна кроме доменных печей необходимо и другое технологическое оборудование. Наибольшее значение имеют воздухонагреватели. Для успешной работы современной доменной печи объемом 2700 м3 в нее требуется вдувать с помощью мощных воздуходувок ~ 8 млн. м3 воздуха и 500 000 м3 кислорода в сутки. Нагрев этой массы кислородно-воздушной смеси до температуры 900—1200 СС осуществляется попеременно в четырех цилиндрических башенных воздухонагревателях высотой 40—50 м, диамет­ром 8—10 м. Внутри воздухонагреватель разделен на две части: полую камеру горения и насадочное пространство, заполненное решет­чатой огнеупорной кладкой разной формы со сквозными вертикаль­ными каналами.

Очищенный доменный газ смешивают в горелке с воздухом, и пламя направляют в вертикальную камеру горения. Горячие продукты горения, изменив направление под куполом, опускаются сквозь насадку, отдавая ей теплоту. Охлажденные газы выпускаются через нижнюю часть воздухонагревателя в дымовую трубу. После нагрева купо­ла до температуры 1200—1400 °С подачу колошникового газа в этот нагреватель прекращают и в возду­хонагреватель снизу вверх пропу­скают воздушно-кислородную смесь, которая нагревается, проходя через горячую насадку. После охлаждения насадки первого воздухонагревателя нагрев дутья переносят в соседний, а первый снова переключают «на газ» (на нагрев).

Выпускаемый из доменной печи шлак по желобам поступает в ли­тые стальные шлаковые ковши, а чу­гун — в чугуновозные ковши вмести­мостью 80—100 т, футерованные шамотным кирпичом; их устанавли­вают на железнодорожных платфор­мах. Передельный чугун перевозят в этих ковшах в сталеплавильный цех и заливают в миксер — цилиндриче­ское хранилище жидкого чугуна, вме­щающее иногда до 2000 т. Миксер вы­ложен шамотным кирпичом; он может наклоняться, а в случае необходи­мости и обогреваться газовыми фор­сунками.

Литейный чугун отвозят к разливочной машине, где его разли­вают в изложницы, закрепленные на непрерывно движущемся наклон­ном конвейере. Чтобы ускорить охлаждение чугуна, изложницы после затвердевания в них чугуна орошаются холодной водой, и за­тем при повороте конвейера пятидесяти килограммовые чушки выпа­дают из изложниц на железнодорожные платформы.

2.

Проектно технологический раздел.

ОТЛИВКА, заготовка или деталь, получаемая в литейной форме из расплава металла, горной породы, шлака, стекла, пластмассы и т. д.

ФОРМА литейная, приспособление в литейном производстве для получения отливок. Изготовляются из формовочных материалов (разовые), огнеупорной керамики (полупостоянные — выдерживают сотни отливок) или металла (постоянные — десятки тысяч отливок).

СТЕРЖЕНЬ литейный, отъемная часть литейной формы, предназначенная для образования внутренних, а иногда наружных поверхностей отливки. Стержень устанавливают на опорные поверхности (знаки) литейной формы. Изготовляют из т. н. стержневых смесей (песчано-глинистых, песчано-масляных, самотвердеющих и др.).

МОДЕЛЬ — приспособление для получения в литейной форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки. Модели делают из дерева, металла, гипса, пластмасс и других материалов.

Система каналов, подводящих металл в форму, называется ЛИТНИКОВОЙ. Литниковая система состоит из стояка 14 (вертикального канала), шлакоуловителя 15 и питателя 16, через который металл поступает в полость формы. К литниковой системе относится также выпор 17 (рис. 1, <3). Выпор служит для выхода из формы воздуха и газов, а также для кон­троля заполнения формы металлом.

ФОРМОВОЧНЫМ УКЛОНОМ называется уклон, выполненный на наружной или внутренней боковой по­верхности модели (отливки) и необходимый для облегчения удаления моделей из литейной формы. Формовочные уклоны делают и на стенках стержневых ящиков, чтобы удобнее было вынимать из них стержни.

ПРИПУСКОМ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ  называют  слой   металла технологического припуска на отливке, подлежащий   удалению механической обработкой для полу­чения требуемой шероховатости поверхности и заданной точно­сти размеров.

Припуски на механическую обработку отливок назначают в соответствии с ГОСТ 26645—85 «Отливки из металлов и спла­вов. Допуски размеров, масса и припуски на механическую об­работку». ГОСТы устанавливают 22 класса точности (табл.9 с.32.) размеров и масс отливок в зависимости от способа их изготов­ления и материала (сталь, чугун, цветные металлы), наиболь­шего габаритного размера и типа производства (массовое, серийное, единичное).

Для заданного класса точности отливки уста­навливают допуски для каждого ее размера и назначают при­пуски на механическую обработку с учетом выб­ранного ряда припусков.

Учитывая, что при заливке на верхних поверхностях отливки могут скапливаться неметаллические включения (шлак, песок), допускается увеличение припуска до значения, соответствующе­го следующему ряду припусков согласно табл.

Иногда припуск на механическую обработку увеличивают, например, из-за коробления отливки, смещения плоскости разъема, на величину дополнительного припуска, назначаемо­го также в соответствии с ГОСТ 26645—85.

Отверстия небольших размеров, полученные литьем, трудно очистить от спекшейся внутри стержневой смеси, которая отрицательно влияет на режущий инструмент при механической об­работке. Поэтому литьем выполняют отверстия, диаметр кото­рых превышает 15—20 мм при массовом производстве, 25— 30 мм — при серийном и 40—50 мм — при единичном.

УСАДКОЙ называют уменьшение объёма металла или сплава при его охлаждении.

Технология  ручной  формовки.

Процесс изготовления литейных форм называется формовкой. Литейные формы могут быть разовые, полупостоянные и постоян­ные. Разовые формы изготовляют из обычных песчано-глинистых смесей, смесей с жидким стеклом и из обычных смесей на пульвер-бакелите.

Полупостоянные формы, изготовленные из специальных формо­вочных смесей или графита, могут быть использованы для получе­ния нескольких отливок (иногда до 200 и более). В постоянных (металлических) формах можно получать несколько тысяч отливок без износа формы.

Более 80% отливок производится в настоящее время в разовых литейных формах, так как в них можно выполнить практически любую по конфигурации, сложности и массе отливку из наиболее распространенных в машиностроении черных и цветных сплавов. Стоимость изготовления такой формы достаточно низкая, вот по­чему особое внимание отводится изучению вопросов изготовления разовых литейных форм.

На практике существуют следующие способы формовки: 1) в почве и кессонах; 2) в опоках, 3) безопочная, 4) по шаблону, 5) по скелетным моделям и контрольным сечениям, 6) в стержнях, 7) с применением быстротвердеющих смесей. В зависимости от сте­пени механизации процесса изготовления литейных форм разли­чают три вида формовки: ручную, машинную и автоматическую. На машиностроительных заводах ручная формовка применяется для получения одной или нескольких отливок, например в усло­виях опытно-экспериментального производства, при изготовлении уникальных отливок, а также для ремонтного литья. Машинная формовка применяется в условиях серийного и массового произ­водства отливок, а автоматическая формовка — в условиях массо­вого производства отливок или для автоматизации процесса из­готовления форм какой-либо одной отливки (специализированные автоматы).

Приспособления и инструмент для ручной формовки. При изго­товлении и отделке литейных форм применяют большое количе­ство разнообразного инструмента. В зависимости от назначения его можно разделить на две группы. Первая группа — это инструменты, применяемые для наполнения опоки смесью, уплотнения смеси и вентиляции формы (лопаты, сита, ручные и пневматические трамбовки, проволочные душники, сгребалки и т. д.), для проверки положения модели в горизонтальной плос­кости (уровень или ватерпас).

Вторая группа — это инструменты, предназначенные для вы­емки модели из формы и отделки формы: кисти пеньковые и щетки, подъемы (резьбовые, винтовые или крюки), молотки тяжелые и легкие, гладилки, крючки с лезвием разных размеров, ланцеты, ложечки, полозки разных профилей. Размеры и материалы для ручного инструмента нормализованы.

 Ручная формовка имеет ряд недостатков: рытье ям, приготовление газоотводной постели являются очень трудоемкими операциями; значительный объем ручных формовоч­ных работ; квалификация формовщиков должна быть гораздо выше, чем при формовке в опоках; тяжелые санитарно-гигиенические условия работы (пыль, высокая температура и т. д.); незначи­тельный съем годного литья с квадратного метра формовочной пло­щади. Наибольшее распространение в литейном производстве полу­чила формовка в опоках, главным образом по разъемным моделям, причем формовка чаще всего производится в двух и реже в трех и более опоках. При формовке в опоках отливки получаются более точными, чем при формовке в почве, так как центрирование опок осуществляется при помощи штырей. Формовка в опоках является более производительной, чем формовка в почве. На практике существует несколько способов формовки: 1) в двух опоках, 2) в нескольких опоках, 3) с подрезкой, 4) с применением фальшивой опоки, 5) по модели с отъемными ча­стями, 6) с перекидным болваном, 7) стопочная формовка.

3.Технология изготовления оболочковых форм.

Современная технология изготовления оболочковых форм позволяет во многих случаях освободиться от на­полнительного слоя, что до­стигается использованием песчано-смоляных смесей, которые обеспечивают предел прочности оболочек на раз­рыв 30—35 кг/см2.

Процесс производства обо­лочек имеет некоторые осо­бенности. Плиту 1 с моделя­ми 2 устанавливают на штиф­тах и прикрепляют двумя быстродействующими зажи­мами к поворотному столу 5 машины (рис.3.1, а). Модель­ную плиту обдувают сжатым воздухом, покрывают разде­лительным составом, пере­дают в нагревательную печь 6 (рис.3.1, б) и выдерживают до заданной температуры (230—260° С). Затем печь отводится в исходное положение, а модельная плита поворачи­вается (рис.3.1, в) и соединяется с бункером 4 (рис.3.1, г), содер­жащим песчано-смоляную смесь. Бункер приподнимается и по­ворачивается на 180° (рис. 3.1, д.); в результате смесь покры­вает нагретую плиту с моделями, и выдерживается 20—30 сек до образования оболочки желаемой толщины. Бункер вместе с модельной плитой и образовавшейся на ней полутвердой оболоч­кой поворачивается в исходное положение. Излишек смеси ссы­пается в бункер. Бункер автоматически освобождается от мо­дельной плиты и затем опускается (рис. 3.1, е).

                                             Рис 3.1 Схема изготовления оболочковой полуформы.

модельной плитой и образовавшейся на ней полутвердой оболоч­кой поворачивается в исходное положение. Излишек смеси ссы­пается в бункер. Бункер автоматически освобождается от мо­дельной плиты и затем опускается (рис. 3.1е).

Модельная плита с полутвердой оболочкой поворачивается на 180' и затем накрывается печью (рис. ж) для окончательного твердения оболочки. После твердения оболочки 7 нагревательная печь отводится в сторону, бункер поднимается до плиты толкате­лей 3 и приводит их в движение при помощи штифтового или ра­мочного механизма (рис.3.1з). Затем бункер автоматически воз­вращается в нижнее исходное положение, а модельная плита обду­вается воздухом и покрывается разделительным составом для по­вторного цикла.

Для получения формы оболочковые полуформы спаривают по контрольным знакам и скрепляют зажимами или склеивают. До этого ставят стержни, как при обычной сборке форм из песчано-глинистых смесей. Готовая оболочковая форма поступает на за­ливку или на склад.

Для создания надежной опоры тонкие оболочковые формы поме­щают в контейнер и упрочняют форму засыпкой опорного материала. Однако при производстве легких и очень мелких отливок можно не прибегать к засыпке форм и ограничиться обычным соеди­нением полуформ — зажимами, другими приспособлениями или склеиванием.

Вследствие высокой газопроницаемости оболочковых форм от­ливки получаются с плотной структурой и высокими механиче­скими свойствами. После заливки формы легко разрушаются, бла­годаря выгоранию смолы, и полученные отливки без особых уси­лий освобождаются от оболочки.

Одним из основных преимуществ метода литья в оболочковые формы является возможность получения отливок, точность кото­рых соответствует точности модели. При производстве деталей из алюминиевых сплавов, бронзы и чугуна размеры, не пересекающие плоскость разъема формы, можно выдерживать с точностью от ±0,075 до ±0,25 мм на каждые 150 мм длины изделий и до ±0,38 мм на размер 150—500 мм.

Расходы на механическую обработку снижаются примерно на 25% и более в связи с исключением сложной обработки внутрен­них поверхностей; во многих случаях механическая обработка отливок может быть полностью устранена или сведена до мини­мума, поэтому зачистка отливок упрощается и выполняется быст­рее.

Размеры литниковых систем меньше, чем при литье в песчано-глинистые формы; в результате экономится значительное количе­ство металла. В оболочковых формах влага совершенно отсут­ствует, что устраняет брак, вызываемый отбелом кромок отливки и газовыми включениями. Хорошие технологические свойства оболочковых форм позволяют заливать металл при более низкой температуре по сравнению с той, которая обычно рекомендуется для каждого сплава.

При литье в оболочковые формы резко сокращается расход фор­мовочных материалов. Благодаря этому экономится значительное количество песка, фактически его требуется не более 5% от количества песка, потребляемого для изготовления песчано-глинистых форм и стержней.

Оболочковые формы прочны и негигроскопичны, поэтому их можно хранить в течение длительного времени. Таким образом, можно иметь на складе необходимый запас форм, что важно для больших плавок. Транспортировка этих форм к заливочной пло­щадке и на другие предприятия не вызывает трудностей.

Оболочковые формы должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать давление и сравнительно высокую температуру металла. В то же время в период заливки формы должны терять часть прочности, чтобы облегчить удаление затвердевшей отливки.

Литье в оболочковые формы широко применяется для изготов­ления отливок из чугуна, и стали, а также из специальных сплавов; в последнем случае, наиболее заметен экономический эффект, дости­гаемый в результате повышения выпуска продукции с единицы про­изводственной площади. Преимущества этого процесса особенно значительны в массовом производстве отливок, при котором пол­ностью оправдывается механизация и автоматизация.

На нынешнем этапе развития народного хозяйства резко обострилась экологическая обстановка во многих районах России, что не может не учитываться в процессе размещения металлургических предприятий, которые оказывают сильное воздействие на окружающую среду и природопользование, являясь крупными загрязнителями атмосферы, водоемов, лесных массивов, земель. При современных объемах производства это воздействие весьма ощутимо. Известно, что чем выше уровень загрязнений окружающей среды, тем больше затрат на предотвращение загрязнения. Дальнейший рост этих затрат в конце концов может привести к убыточности любого производства.

      На долю предприятий черной металлургии приходится 20-25% выбросов пыли, 25-30% окиси углерода, более половины окислов серы от их общего объема в стране. Эти выбросы содержат сероводород, фториды, углеводороды, соединения марганца, ванадия, хрома и др. (более 60 ингредиентов). Предприятия черной металлургии, кроме того, забирают до 20-25% воды общего ее потребления в промышленности и сильно загрязняют поверхностные воды. Из рисунка-схемы доменной печи видно, что для производства 5000т чугуна необходимо примерно:10000т агломерата, 2500т кокса, 8 млн. м3 воздуха, 600000м3 природного газа, 500000м3 кислорода технического, при этом   суточные выбросы составляют; колошниковые газы-13 млн.м3, шлака-2500 т Черная и цветная металлургия. При выплавке одной тон­ны стали, в атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксидов серы и до 0,05 т оксида углерода, а также в небольших количествах такие опасные загрязнители, как мар­ганец, свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути и др. В процессе сталеплавильного производства в атмосферу выбрасываются парогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бен­зола, аммиака и других токсичных веществ, которые раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, легких и органов зрения. Существенно за­грязняется атмосфера также на агломерационных фабриках, при доменном и ферросплавном производствах.

Страницы: 1, 2, 3