Технологический процесс литья и прогнозирование качества стальных отливок "Балка"

3.5 Впадины

Впадины представляют собой узкие клиновидные каналы на поверхности отливки, покрытые корочкой сплава, почти полностью отделенной от отливки прослойкой формовочной смеси. Они образуются на плоских поверхностях отливок, обращенных при заливке кверху. Причиной образования впадин является затекание расплава под отслоившуюся поверхностную корку формы. Местное растрескивание, отслаивание и выпучивание поверхности формы происходят под действием высокой температуры расплава, особенно на переуплотненных участках формы.

4. Механические испытания

4.1 Метод измерения твердости по Бринеллю

Метод измерения твердости по Бринеллю (ГОСТ 9012) заключается во вдавливании шарика (стального или из твердого сплава) диаметра D в образец (изделие) под действием усилия F, приложенного перпендикулярно поверхности образца в течение определенного времени и измерении диаметра d отпечатка после снятия усилия (рисунок 1). Измерение твердости производится для металлов с твердостью не более 650 единиц для исключения ошибок, связанных с возможной деформацией шарика. При твердости металлов менее 450 единиц применяют стальные шарики или шарики из твердого сплава, при твердости более 450 единиц - шарики из твердого сплава. Для измерения применяется твердомер Бринелля (ГОСТ 23677) и ряд типоразмеров шариков: стальных или твердосплавных диаметрами 10,0; 5,0; 2,5; 2,0;1,0 мм.

Рисунок 4.1 Измерение твердости по методу Бринелля. Твердость по Бринеллю обозначают символом HB (HBW в случае прим

Твердость по Бринеллю обозначают символом HB (HBW в случае применения шарика из твердого сплава), которому предшествует числовое значение твердости из трех значащих цифр, и после символа указывают диаметр шарика, значение приложенного усилия (в кгс) и продолжительность выдержки, если она отличается от 10...15 с.

Мерой твердости служит величина численно равная отношению приложенного усилия

F к площади сферического отпечатка А и рассчитывается по формуле:

, [кгс/мм²] или

, [Н/мм²]

При измерении твердости по методу Бринелля необходимо выполнять следующие условия:

- толщина образца должна не менее чем в 8 раз превышать глубину отпечатка, а на противоположной стороне образца после испытания не должно быть следов деформации;

- поверхность образца должна быть плоской, гладкой и свободной от окисной пленки.

Шероховатость поверхности образца (или площадки на изделии) не более Ra2,5. Обработку поверхности образца (изделия) можно проводить шлифовкой или мелким напильником. При определении твердости шариком диаметром 1 мм поверхность образца должна быть отполирована;

- образец должен быть подготовлен таким образом, чтобы не изменялись свойства металла в результате механической или другой обработки, например, от нагрева или наклепа;

- расстояние между центром отпечатка и краем образца должно быть не менее 2,5 диаметров отпечатка d; расстояние между центрами двух смежных отпечатков должно быть не менее 4 диаметров отпечатка;

- диаметры отпечатков измеряются в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

За диаметр отпечатка d принимается среднее арифметическое значение результатов измерений;

- диаметр шарика D и соответствующее усилие F выбирают таким образом, чтобы диаметр отпечатка находился в пределах (0,24...0,6) D.

Усилие F в зависимости от значения K (таблица 1) и диаметра шарика D устанавливают в соответствии с таблицей 2, продолжительность выдержки в соответствии с таблицей 4.1

Таблица 4.1 Выбор параметра K в зависимости от исследуемого материала

Материал	Твердость по Бринеллю	K
Сталь, чугун, высокопрочные сплавы (на основе никеля, кобальта и др.)	До 140	10
	140 и более	30
Титан и сплавы на его основе	От 50	15
Медь и сплавы на ее основе, легкие металлы и их сплавы	Менее 35	5
	От 35	10
Подшипниковые сплавы	От 8 до 50	2,5
Свинец, олово и другие мягкие металлы	До 20	1

Таблица 4.2 Выбор усилия вдавливания F.

Диаметр шарика, мм	Нагрузка F, Н (кгс), для K
	30	15	10	5	2,5	1
1,0	294,2 (30)	-	98,07 (10)	49,03 (5)	24,52 (2,5)	9,807 (1)
2,0	1177 (120)	-	392,3 (40)	196,1 (20)	98,07 (10)	39,23 (4)
2,5	1839 (187,5)	-	612,9 (62,5)	306,0 (31,2)	153,0 (15,6)	60,80 (6,2)
5,0	7355 (750)	-	2452 (250)	1226 (125)	612,9 (62,5)	245,2 (25)
10,0	29420 (3000)	14710 (1500)	9807 (1000)	4903 (500)	2452 (250)	980,7 (100)

Таблица 4.3 Выбор продолжительности выдержки усилия.

Твердость по Бринеллю НВ, HBW	Продолжительность выдержки, с
<10	180
10…35	120
35…100	30
> 100	10-15

4.1.1 Оборудование для измерения твердости по методу Бринелля

В лаборатории кафедры для измерения твердости образцов по методу Бринелля используется прибор ТШП-2, устройство которого представлено на рисунке 4.2.

Прибор ТШП-2 имеет следующие основные технические характеристики:

- испытательные нагрузки, кгс……………………………750, 1000, 3000.

- допустимая погрешность нагрузки, %……………………………±1.

- твердость, проверяемая прибором НВ……………………………8 - 450.

- диаметры стальных шариков к наконечникам, мм………………5, 10.

- отклонение среднего значения твердости, полученного на проверяемом приборе, от среднего значения твердости образцовой меры твердости II разряда, %:

- при нагрузке 750 кгс……………………………………………... ±5.

- при нагрузке 1000 кгс……………………………………………. ±4.

- при нагрузке 3000 кгс……………………………………………. ±4.

- величина свободного хода шарикового наконечника до испытуемой поверхности, мм………………………………………………………………10.

Рис. 4.2. Прибор ТШП-2.

Переносной прибор ТШП-2 для измерения твердости состоит из измерительной головки, включающей в себя узел измерения нагрузок и приспособлений для крепления ее к деталям. С прибором поставляются следующие приспособления: для градуировки и проверки прибора; для крепления прибора в шпинделе вертикально-сверлильных станков; для крепления к специальному стенду; цепной захват. По специальному заказу потребителя поставляется приспособление для крепления прибора к головкам рельсов.

Нагрузку в приборе создают вручную. Нагружающий винт 6 жестко соединен одним концом с упругой скобой, гайкой ему служит втулка 2. К упругой скобе соосно с винтом крепят шариковые наконечники 10.

Рукояткой 8 через червячную пару 4 (червячное колесо насажено на втулку 2) вращение предается втулке. Вертикального перемещения втулка 2 не имеет. Вращается она в упорных подшипниках 5 и втулке 7. При вращении втулки нагружающий винт получает вертикальное перемещение. Нагрузку, передаваемую на испытуемое изделие, определяют по деформации упругой скобы 9, находящейся между винтом и наконечником. Деформация упругой скобы пропорциональна силе и измеряется индикатором через неравноплечий ходоувеличительный рычаг

12 (узел измерения). Применяется индикатор часового типа с ценой деления 0,01 мм.

С помощью приспособления для градуировки прибор можно жестко закрепить на каком-либо специальном столе и проверить его показания по нагрузкам (образцовым динамометром ДОСМ-3) и по образцовым мерам твердости.

4.1.2 Подготовка и работа на приборе

Перед проведением экспериментальных исследований по определению твердости по методу Бринелля проводят проверку пресса образцовыми мерами твердости типа МТБ (ГОСТ 9031-75). Стандарт регламентирует образцовые меры твердости в зависимости от способа измерения - прямоугольные и круглые меры для измерений твердости по методам Бринелля, Роквелла, Супер-Роквелла и Виккерса. Необходимо провести три замера твердости меры для проверки точности показаний прибора.

Далее выполняются замеры 10 значений твердости образцов выданных преподавателем для дальнейшей статистической обработки по программе norm.exe разработанной на кафедре.

При проведении измерений выполнять условия, описанные выше.

Измерения проводятся по следующей схеме:

1. Опустить столик (поз.С на рисунке 2,б) на высоту заготовки перед проведением нагружения.

2. Установить заготовку на столик пресса.

3. Вращая гайку (поз.Г на рисунке 2,б) стола прижать поверхность заготовки к индентору (шарику). При этом стрелка индикатора выводится в показание «0».

4. Вращая рукоятку пресса, нагрузить заготовку расчетным значением нагрузки. Выбор нагрузки производится в соответствии с материалом заготовки и диаметром шарика (таблицы 4.1 и 4.2).

5. Выдержать нагрузку в соответствии с таблицей 4.3.

6. Вращением рукоятки пресса в обратном направлении снять приложенную нагрузку.

7. Установить заготовку на предметный столик микроскопа УИМ-21.

8. Настроить поверхность с отпечатком в фокальной плоскости микроскопа.

9. Выставить систему координат (вертикальную визирную линию) касательно левой (правой) стороны отпечатка.

10. Измерить показания прибора.

11. Переместить вертикальную визирную линию на правую (левую) сторону отпечатка.

12. Измерить показания прибора.

13. Провести аналогичные измерения в вертикальном направлении измерения путем смещения горизонтальной визирной линии.

14. Вычислить диаметр отпечатка в горизонтальном и вертикальном направлениях.

15. Вычислить среднее арифметическое получившихся двух показаний, которое принять за значение диаметра отпечатка.

16. Рассчитать значение твердости по формуле:

, [кгс/мм²] или

, [Н/мм²]

17. Проверить рассчитанное значение твердости по таблицам.

4.2 Определение механических свойств

4.2.1 Испытание на ударную вязкость

Для испытания на удар изготавливают специальные образцы с надрезом, которые затем разрушают на маятниковом копре (рис. 4.3). Общий запас энергии маятника будет расходоваться на разрушение образца и на подъем маятника после его разрушения. Поэтому если из общего запаса энергии маятника отнять часть, которая тратится на подъем (взлет) после разрушения образца, получим работу разрушения образца:

K = Р(h₁ - h₂) или K = Рl(соs в - соs б), Дж (кг·м),

где P -- масса маятника, Н (кг); h₁ -- высота подъема центра масс маятника до удара, м; h₂ -- высота взлета маятника после удара, м; l -- длина маятника, м; б, в -- углы подъема маятника соответственно до разрушения образца и после него.



Рис. 4.3. Испытание на ударную вязкость: 1 -- маятник; 2 -- нож маятника; 3 -- опоры

Ударную вязкость, т. е. работу, затраченную на разрушение образца и отнесенную к поперечному сечению образца в месте надреза, определяют по формуле:

, МДж/м² (кг·м/см²),

где F -- площадь поперечного сечения в месте надреза образца, м² (см²).

Для определения KС пользуются специальными таблицами, в которых для каждого угла в определена величина работы удара K.

При этом F= 0,8·10-⁴ м².

Для обозначения ударной вязкости добавляют и третью букву, указывающую на вид надреза на образце: U, V, Т. Запись KСU означает ударную вязкость образца с U-образным надрезом, KСV -- с V-образным надрезом, а KСТ -- с трещиной (рис. 4.4).



Рис. 4.4. Виды надрезов на образцах для испытания на ударную вязкость: а -- U-образный надрез (KCU); б -- V-образный надрез (KСV); в -- надрез с трещиной (KСТ)

Испытание на усталость (ГОСТ 2860-84). Разрушение металла под действием повторных или знакопеременных напряжений называется усталостью металла. При разрушении металла вследствие усталости на воздухе излом состоит из двух зон: первая зона имеет гладкую притертую поверхность (зона усталости), вторая -- зона долома, в хрупких металлах она имеет грубокристаллическое строение, а в вязких -- волокнистое.

При испытании на усталость определяют границу усталости (выносливости), т. е. то наибольшее напряжение, которое может выдержать металл (образец) без разрушения заданное число циклов.

4.2.2 Испытание на изгиб

Самым распространенным методом испытания на усталость является испытание на изгиб при вращении (рис. 4.5).

Рис. 4.5 Схема испытания на изгиб при вращении: 1 -- образец; Р -- нагрузка; М_виг -- изгибающий момент

Применяют следующие основные виды технологических испытаний (проб).

Проба на изгиб (рис. 4.6) в холодном и горячем состоянии -- для определения способности металла выдерживать заданный изгиб; размеры образцов -- длина l = 5а + 150 мм, ширина b = 2а (но не менее 10 мм), где а -- толщина материала.

Рис. 4.6. Технологическая проба на изгиб: а -- образец до испытания; б -- загиб до определенного угла; в -- загиб до параллельности сторон; г -- загиб до соприкосновения сторон

Проба на перегиб предусматривает оценку способности металла выдерживать повторный изгиб и применяется для проволоки и прутков диаметром 0,8--7 мм из полосового и листового материала толщиной до 55 мм. Образцы сгибают попеременно направо и налево на 90° с равномерной -- около 60 перегибов в минуту -- скоростью до разрушения образца.

Проба на выдавливание (рис. 4.7) -- для определения способности металла к холодной штамповке и вытягиванию тонкого листового материала. Состоит в продавливании пуансоном листового материала, зажатого между матрицей и зажимом. Характеристикой пластичности металла является глубина выдавливания ямки, что соответствует появлению первой трещины.

Рис. 4.7 Испытание на выдавливание: 1 -- лист; h -- мера способности материала к вытяжке

Проба на навивку проволоки диаметром d ? 6 мм. Испытание состоит в навивке 5-6 плотно прилегающих по винтовой линии витков на цилиндр заданного диаметра. Выполняется только в холодном состоянии. Проволока после навивки не должна иметь повреждений.

Проба на искру используется при необходимости определения марки стали при отсутствии специального оборудования и маркировки.

5. Термическая обработка

5.1 Сущность термической обработки стали

Термическая обработка стали позволяет придать изделиям, деталям и заготовкам требуемые качества и характеристики. В зависимости от того, на каком этапе в технологическом процессе изготовления проводилась термическая обработка, у заготовок повышается обрабатываемость, с деталей снимаются остаточные напряжения, а у деталей повышаются эксплуатационные качества.

Технология термической обработки стали - это совокупность процессов: нагревания, выдерживания и охлаждения с целью изменения внутренней структуры металла или сплава. При этом химический состав не изменяется. Так, молекулярная решетка углеродистой стали при температуре не более 910°С представляет из себя куб объемно-центрированный. При нагревании свыше 910°С до 1400°С решетка принимает форму гране-центрированного куба. Дальнейший нагрев превращает куб в объемно-центрированный.

Сущность термической обработки сталей - это изменение размера зерна внутренней структуры стали. Строгое соблюдение температурного режима, времени и скорости на всех этапах, которые напрямую зависят от количества углерода, легирующих элементов и примесей, снижающих качество материала. Во время нагрева происходят структурные изменения, которые при охлаждении протекают в обратной последовательности. На рисунке видно, какие превращения происходят во время термической обработки.

5.2 Назначение термической обработки

Термическая обработка стали проводится при температурах, приближенных к критическим точкам. Здесь происходит:

Рис. 5.1. Изменение структуры металла при термообработке

· вторичная кристаллизация сплава;

· переход гамма железа в состояние альфа железа;

· переход крупных частиц в пластинки.

Внутренняя структура двухфазной смеси напрямую влияет на эксплуатационные качества и легкость обработки.

Рис. 5.2. Образование структур в зависимости от интенсивности охлаждения

Основное назначение термической обработки -- это придание сталям:

В готовых изделиях:

· прочности;

· износостойкости;

· коррозионностойкость;

· термостойкости.

В заготовках:

· снятие внутренних напряжений после

· литья;

· штамповки (горячей, холодной);

· глубокой вытяжки;

· увеличение пластичности;

· облегчение обработки резанием.

Термическая обработка применяется к следующим типам сталей:

1. Углеродистым и легированным.

2. С различным содержанием углерода, от низкоуглеродистых 0,25% до высокоуглеродистых 0,7%.

3. Конструкционным, специальным, инструментальным.

4. Любого качества.

5.3 Классификация и виды термообработки

Основополагающими параметрами, влияющими на качество термообработки являются:

ь время нагревания (скорость);

ь температура нагревания;

ь длительность выдерживания при заданной температуре;

ь время охлаждения (интенсивность).

Изменяя данные режимы можно получить несколько видов термообработки.

Виды термической обработки стали:

· Отжиг

1. I - рода:

ь гомогенизация;

ь рекристаллизация;

ь изотермический;

ь снятие внутренних и остаточных напряжений;

Рис. 5.3. Температура нагрева стали при термообработке

2. II - рода:

ь полный;

ь неполный;

· Закалка;

· Отпуск:

ь низкий;

ь средний;

ь высокий.

· Нормализация.

5.3.1 Отпуск

Отпуск в машиностроении используется для уменьшения силы внутренних напряжений, которые появляются во время закалки. Высокая твердость делает изделия хрупкими, поэтому отпуском добиваются увеличения ударной вязкости и снижения жесткости и хрупкости стали.

1. Отпуск низкий

Для низкого отпуска характерна внутренняя структура мартенсита, которая, не снижая твердости повышает вязкость. Данной термообработке подвергаются измерительный и режущий инструмент. Режимы обработки:

ь Нагревание до температуры - от 150°С, но не выше 250°С;

ь выдерживание -- полтора часа;

ь остывание - воздух, масло.

2. Средний отпуск

Для среднего отпуска преобразование мартенсита в тростит. Твердость снижается до 400 НВ. Вязкость возрастает. Данному отпуску подвергаются детали, работающие со значительными упругими нагрузками. Режимы обработки:

ь нагревание до температуры - от 340°С, но не выше 500°С;

ь охлаждение - воздух.

3. Высокий отпуск

При высоком отпуске кристаллизуется сорбит, который ликвидирует напряжения в кристаллической решетке. Изготавливаются ответственные детали, обладающие прочностью, пластичностью, вязкостью.

Режимы обработки:

Нагревание до температуры - от 450°С, но не выше 650°С.

5.3.2 Отжиг

Применение отжига позволяет получить однородную внутреннюю структуру без напряжений кристаллической решетки. Процесс проводят в следующей последовательности:

ь нагревание до температуры чуть выше критической точки в зависимости от марки стали;

ь выдержка с постоянным поддержанием температуры;

ь медленное охлаждение (обычно остывание происходит совместно с печью).

1. Гомогенизация

Гомогенизация, по-иному отжиг диффузионный, восстанавливает неоднородную ликвацию отливок. Режимы обработки:

ь нагревание до температуры - от 1000°С, но не выше 1150°С;

ь выдержка - 8-15 часов;

ь охлаждение:

ь печь - до 8 часов, снижение температуры до 800°С;

ь воздух.

2. Рекристаллизация

Рекристаллизация, по-иному низкий отжиг, используется после обработки пластическим деформированием, которое вызывает упрочнение за счет изменения формы зерна (наклеп). Режимы обработки:

ь нагревание до температуры - выше точки кристаллизации на 100°С-200°С;

ь выдерживание -- Ѕ -- 2 часа;

ь остывание - медленное.

3. Изотермический отжиг

Изотермическому отжигу подвергаются легированные стали, для того чтобы произошел распад аустенита. Режимы термообработки:

ь нагревание до температуры - на 20°С -- 30°С выше точки ;

ь выдерживание;

ь остывание:

- быстрое - не ниже 630°С;

- медленное - при положительных температурах.

4. Отжиг для устранения напряжений

Снятие внутренних и остаточных напряжений отжигом используется после сварочных работ, литья, механической обработки. С наложением рабочих нагрузок детали подвергаются разрушению. Режимы обработки:

ь нагревание до температуры - 727°С;

ь выдерживание - до 20 часов при температуре 600°С -- 700°С;

ь остывание -- медленное.

5. Отжиг полный

Отжиг полный позволяет получить внутреннюю структуру с мелким зерном, в составе которой феррит с перлитом. Полный отжиг используют для литых, кованных и штампованных заготовок, которые будут в дальнейшем обрабатываться резанием и подвергаться закалке.

Режимы обработки:

· температура нагрева - на 30°С-50°С выше точки ;

· выдержка;

· охлаждение до 500°С:

- сталь углеродистая - снижение температуры за час не более 150°С;

- сталь легированная - снижение температуры за час не более 50°С.

6. Неполный отжиг

При неполном отжиге пластинчатый или грубый перлит преобразуется в ферритно-цементитную зернистую структуру, что необходимо для швов, полученных электродуговой сваркой, а также инструментальные стали и стальные детали, подвергшиеся таким методам обработки, температура которых не провоцирует рост зерна внутренней структуры.

Режимы обработки:

ь нагревание до температуры - выше точки или , выше 700°С на 40°С -- 50°С;

ь выдерживание - порядка 20 часов;

ь охлаждение -- медленное.

5.3.3. Закалка

Закалку сталей применяют для:

· Повышения:

ь твердости;

ь прочности;

ь износоустойчивости;

ь предела упругости;

· Снижения:

ь пластичности;

ь модуля сдвига;

ь предела на сжатие.

Суть закалки - это максимально быстрое охлаждение прогретой насквозь детали в различных средах. Каление производится с полиморфными изменениями и без них. Полиморфные изменения возможны только в тех сталях, в которых присутствуют элементы способные к преобразованию.

Такой сплав подвергается нагреву до той температуры, при которой кристаллическая решетка полиморфного элемента терпит изменения, за счет чего увеличивается растворяемость легирующих материалов. При снижении температуры решетка изменяет структуру из-за избытка легирующего элемента и принимает игольчатую структуру.

Невозможность полиморфных изменений при калении обусловлено ограниченной растворимостью одного компонента в другом при быстрой скорости охлаждения. Для диффузии мало времени. В итоге получается раствор с избытком нерастворенного компонента (метастабильтный).

Для увеличения скорости охлаждения стали используются такие среды как:

Ш вода;

Ш соляные растворы на основе воды;

Ш техническое масло;

Ш инертные газы.

Сравнивая скоростной режим охлаждения стальных изделий на воздухе, то охлаждение в воде с 600°С происходит в шесть раз быстрее, а с 200°С в масле в 28 раз. Растворенные соли повышают закаливающую способность. Недостатком использования воды считается появление трещин в местах образования мартенсита. Техническое масло используется для закалки легирующих сплавов, но оно пригорает к поверхности.

Металлы, использующиеся при изготовлении изделий медицинской направленности не должны иметь пленки из оксидов, поэтому охлаждение происходит в среде разряженного воздуха.

Чтобы полностью избавиться от аустенита, из-за которого у стали наблюдается высокая хрупкость, изделия подвергаются дополнительному охлаждению при температурах от -- 40°С и до -100°С в специальной камере. Также можно использовать углекислую кислоту в смеси с ацетоном. Такая обработка повышает точность деталей, их твердость, магнитные свойства.

Если деталям не требуется объемная термообработка, проводится каление только поверхностного слоя на установках ТВЧ (токами высокой частоты). При этом глубина термообработки составляет от 1 мм до 10 мм, а охлаждение происходит на воздухе. В итоге поверхностный слой становится износоустойчивым, а середина вязкая.

Процесс закалки предполагает прогревание и выдержку стальных изделий при температуре, достигающей порядка 900°С. При такой температуре стали с содержанием углерода до 0,7% имеют структуру мартенсита, который при последующей термообработке перейдет в требуемую структуру с появлением нужных качеств.

Нормализация формирует структуру с мелким зерном. Для низкоуглеродистых сталей -- это структура феррит-перлит, для легированных - сорбитоподобная. Получаемая твердость не превышает 300 НВ. Нормализации подвергаются горячекатаные стали. При этом у них увеличивается:

ь сопротивление излому;

ь производительность обработки;

ь прочность;

ь вязкость.

Режимы обработки:

Ш происходит нагрев до температуры - на 30°С-50°С выше точки ;

Ш выдерживание в данном температурном коридоре;

Ш охлаждение - на открытом воздухе.

отливка газифицируемый термический

6. Мероприятия по охране труда

6.1 Безопасность труда

Литейное производство характеризуется наличием большого количества вредных и опасных производственных факторов, которые имеются во всех частях производственного процесса. Неудовлетворительное состояние охраны труда влияет не только на работников, непосредственно работающих на этом предприятии, но и на окружающую среду. Для создания нормальных условий труда, предотвращения несчастных случаев и профессиональных заболеваний большое значение имеет общая организация предприятия. Внедрение автоматизации в производстве наиболее опасных и опасных для здоровья людей секторов позволяет отказаться от использования ручного труда. Строгая демаркация производственных площадок исключает влияние факторов технологического процесса одного участка на работников другого участка, поскольку помещения участков изолированы друг от друга.

В литейном цехе существуют опасные и вредные производственные факторы, такие как:

* повышенное содержание пыли и газообразного воздуха в рабочей зоне;

* электричество;

* шум;

* вибрация;

* тепловая радиация.

При разработке данного цеха необходимо учитывать эти факторы и принимать меры для улучшения условий труда и защиты работников от травм.

Это возможно путем следующих изменений:

* создание автоматических формовочных линий;

* ограждения механизмов и рабочих мест;

* повысить уровень пожарной безопасности производства, разработка методов оценки пожарной безопасности оборудования, материалов, технологий и комплексных мер по усилению противопожарной безопасности;

* звукоизоляция отработавших и приточно-вытяжных агрегатов и другое оборудование, создающее шум.

* повысить уровень пожарной безопасности производства, разработка методов оценки пожарной безопасности оборудования, материалов, технологий и комплексных мер по усилению противопожарной безопасности;

* звукоизоляция отработавших и приточно-вытяжных агрегатов и другое оборудование, создающее шум.

6.1.1 Характеристики продукции

В проектируемом цехе имеются следующие вредные производственные факторы в соответствии по ГОСТ 12.0.003-74 [2]:

1) Повышенное газосодержание воздуха в рабочей зоне на участках:

* Плавление - выпуск плавких и легко испаряющихся элементов;

* Формовка - производится в специальные опоки на вибростоле постепенной засыпкой песком, либо послойно;

2) Повышенная температура воздуха рабочей зоны присутствует на

участках:

* Плавление (из индукционных тиглей плавильных печей и наливные ковшы);

* Термическая обработка отливок (из термопечей).

3) Повышенный уровень шума наиболее типичен для областей:

* Выбивка отливок;

* Резка и зачистка отливок.

Шум значительно снижает эффективность, вызывает раздражение, ухудшает действие слуховых органов, влияет на нервную и сердечно-сосудистую систему.

4) Повышенный уровень вибрации типичен для областей:

* Выбивка отливок;

* Резка и зачистка отливок.

5) Повышенная подвижность воздуха. Доступна по всей территории мастерской, обеспечивается естественная вентиляция и работа искусственной вентиляции.

6.1.2 Вентиляция

Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха соответствуют требованиям СНиП 41-01-03 [14].

Воздух, удаляемый из здания цеха системами местной и общей вытяжной вентиляции, содержащей вредные вещества, очищается мокрыми пылесборниками и рукавными фильтрами. Максимально допустимая концентрация вредных веществ (ПДК) в воздухе рабочей зоны регулируется ГН 2.2.5.1313-03 [1]. Максимально допустимая концентрация вредных веществ (ПДК) в воздухе рабочей зоны приведена в таблице 6.1.

Таблица 6.1 Максимально допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны

Наименование вещества	ПДК, мг/м 3
Кремнесодержащаяся пыль:
кремния двуокись кристаллическая при содержании её в пыли от 2 до 10 %;	4
кремния двуокись кристаллическая при содержании её в пыли от 10 до 70 %.	2
Пыль содержащая оксиды железа	2-6
Оксид углерода	20
Углеводороды	300
Оксид азота	2

В планируемом цехе проводятся следующие мероприятия по улучшению воздушной среды:

* Склад из формовочных материалов оснащен вытяжными аппаратами, потому что он характеризуется большим выбросом пыли;

* плавильный отсек расположен на подветренной стороне здания, для предотвращения попадания дымовых газов и нагретого воздуха в другие секции цеха, кроме того, печи оснащены эффективными устройствами для очистки отходящих газов;

* на участках ремонта и сушки ковша установлена местная вытяжная вентиляция с эффективной очисткой отработанного воздуха;

* заливочная платформа литейной линии оснащена верхними боковыми отсосами на всю длину рабочей площадки до начала охладительного кожуха;

* секция охлаждения пресс-формы оснащена непрерывной вентиляцией, корпусом с торцевыми отверстиями и соплами для удаления газов;

* зона выбивки оборудована укрытием;

* отделение отделочных операций обеспечивается местным отсосом и укрытиями;

* в цехе имеются отдельные комнаты отдыха для работников;

* работникам предоставляются спецодежда, обувь и инструменты, индивидуальная защита в соответствии со стандартами в соответствии с ГОСТ 12.4.011-89 [2]:

1) Средства защиты органов дыхания - противогазы; респираторы; самоспасатели;

2) Одежда специальная защитная - комбинезоны, полукомбинезоны; фартуки;

3) Средства защиты ног: сапоги; сапоги с удлиненным голенищем; сапоги с укороченным голенищем;

4) Средства защиты рук: рукавицы; перчатки; полуперчатки;

5) Средства защиты головы: каски защитные; шлемы, подшлемники;

6) Средства защиты глаз: очки защитные.

7) Средства защиты лица: щитки защитные лицевые.

8) Средства защиты органа слуха: противошумные шлемы; противошумные вкладыши; противошумные наушники.

9) Средства дерматологические защитные: защитные; очистители кожи; репаративные средства.

6.1.3 Промышленный микроклимат

Одним из основных условий труда на предприятии является обеспечение необходимого микроклимата для рабочих. На проектируемом предприятии существует много источников выработки тепла. К ним относятся: индукционные тиглевые печи, расплавленный металл во время литья в формы, отливки во время охлаждения, термопечи и охлаждающие ковш.

Конструкторский цех по производству тепловой энергии относится к горячему, поскольку теплоотдача превышает 23,26 Вт/м 2. Параметры метеорологических условий (температура воздуха, относительная влажность и скорость воздуха) регулируются СанПиН 2.2.4.548-96 [11] [таблица 6.2].

Таблица 6.2 Допустимая величина показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений

Период года	Категория работ по уровню энергозатрат	Величина энергозатрат	Температура воздуха, °С	Температура поверхностей,°С	Относительная влажность воздуха, %	Скорость движения воздуха, м/с
			Диапазон ниже оптимальных величин	Диапазон выше оптимальных величин			Для диапазона температур ниже оптимальных величин, не более	Для диапазона температур выше оптимальных величин
холодный	Пб	233-290	15,0-16,9	19,1-22,0	14,0-23,0	15-75	0,2	0,4
теплый	Пб	233-290	16,0-18,9	21,1-27,0	15,0-28,0	15-75	0,2	0,5

Допустимая величина показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений приведена в таблице 6.2.

Цех проводит следующие мероприятия по созданию необходимого микроклимата:

* автоматизация и дистанционное управление технологическими процессами;

* теплоизоляция нагретых поверхностей оборудования, установка экранов возле печей;

* для рабочих имеются комнаты отдыха и обеспечиваются средства защиты по ГОСТ 12.1.011-89 [4];

* в цехе есть приточно-вытяжная вентиляция и воздушное отопление, совмещенное с ней.

Максимально допустимые значения показателей микроклимата на рабочих местах регулируются СанПиН 2.2.4.548-96 [11].

6.1.4 Промышленное освещение

Большое значение в проектируемом цехе - обеспечить надлежащее освещение.

Разработанный цех обеспечивается естественное и искусственное освещение в соответствии с СНиП 23-05-95 *, что необходимо для создания благоприятных условий для выполнения работы, прохода людей и движения.

В условиях профессионального здоровья следует использовать как можно больше естественного света. В спроектированном цехе это делается через оконные проемы и световые огни.

В местах выхода металла из печи, в зонах заливки и формования аварийное освещение обеспечивается с использованием люминесцентных ламп с минимальным освещением 10 люкс.

В цехе предусмотрено переносное освещение, так как невозможно создать нормируемый уровень освещения при помощи стационарного освещения.

Мостовые краны оснащены крановым освещением, выполненным с лампами накаливания.

Для общего освещения производственных помещений газоразрядные источники света используются для люминесцентных ламп типа ЛХБ.

Для местного освещения используются лампы ПВЛП. Наличие двух ламп, которые позволят уменьшить пульсацию всего светового потока светильника.

6.1.5 Производственный шум

В спроектированном цехе самый высокий уровень шума наблюдается на участках выбивки и в финишных операциях. Допустимый уровень шума в цехе в соответствии с СН 2.2.4 / 2.1.8.562-96 составляет 80 дБА [12]. Чтобы снизить уровень шума в мастерской, можно предложить

6.1.6 Вибрация производства

В проектируемом цехе источником общей вибрации является встряхивание пола и других структурных элементов здания из-за воздействия выбивных решеток.

Мы принимаем следующие меры для устранения вибрации и снижения ее вредного воздействия:

* исключая ручной пневматический транспорт;

* уменьшить вредное воздействие местной вибрации;

* используйте специальные перчатки с прокладкой в соответствии с ГОСТ 12.4.002-97 [6];

* уменьшить вредное воздействие общей вибрации;

* специальная виброустойчивая обувь используется в соответствии с ГОСТ 12.4.024-76 [9].

6.1.7 Электрическая безопасность

Наличие электрооборудования в цехе обеспечивает соблюдение правил электробезопасности, несоблюдение которых может привести к поражению электрическим током.

Руководство цеха приняло следующие меры для обеспечения безопасности труда:

* все токоведущие части электрических устройств и оборудование имеет изоляцию, а также специальное ограждение;

* все корпуса двигателей, а также металлические детали, которые могут находиться под воздействием тока, заземлены в соответствии с ГОСТ 12.1.030-96 [5].

* проводится контроль периодического состояния электрооборудования и изоляции;

* электроустановки оснащены автоматической блокировкой, которые исключает включение оборудования в случае его неисправности, а также сигнализацию о его включении / выключении.

* оборудование снабжено предохранительными устройствами, которые обесточивают его защиту в случае короткого замыкания.

Защита персонала цеха от воздействия электрического тока обеспечивается в соответствии с ГОСТ 12.1.019-96 [4].

6.1.8 Пожарная безопасность

Литейное производство характеризуется повышенной пожароопасностью, что в большей степени связано с использованием металлических материалов в расплавленной форме.

Общие требования к пожарной безопасности - ГОСТ 12.1.004-91.

Для предотвращения пожаров необходимо соблюдать следующие правила:

* Не оставляйте клеенки и другие материалы, которые могут самовоспламеняться;

* Курить можно только в специально предназначенных для этого цели мест;

* Убедитесь, что электрическая изоляция и переносные лампы не были повреждены.

Для профилактики применять следующие меры по предупреждению пожаров:

* правильная эксплуатация оборудования и транспорта;

* правильное обслуживание зданий и территорий;

* инструктаж по пожарной безопасности;

* профилактические осмотры технологического оборудования;

* использование систем вентиляции;

* правильное размещение противопожарного оборудования (коробки с песком, пожарный кран с рукавом, огнетушители, такие как ОП-4) и его содержание;

* пожарная сигнализация;

* безопасная эвакуация людей в случае пожара.

В разработанном цехе имеется следующее противопожарное оборудование:

* для тушения электрооборудования - огнетушители с диоксидом углерода, асбест и войлочная ткань;

* песок на плавильном участке для тушения металлов;

* угарный газ используется для тушения зажигания газа, порошковые

огнетушители;

* в пожароопасных зонах есть знаки, запрещающие использование

открытого огня.

* цехе имеется пожарная сигнализация;

* для вызова пожарной команды служит кнопочная и автоматическа сигнализация. Планы эвакуации людей опубликованы и размещены в известных местах.

В заключение можно сказать, что проектируемый цех изготовления отливок по газифицируемым моделям с годовым выпуском 7500 тонн полностью отвечает всем требованиям для организации и обеспечения безопасной работы, а именно:

* производственные процессы, сопровождающиеся шумом, вибрация, а также выброс пыли и вредных газов изолированы друг от друга, размещены в разных пролетах и отделены стенкой.

* производство пресс-форм происходит на автоматических линиях, исключающих ручной труд, защиту работников от травм и улучшение условий труда;

* секция для выбивания отливок из пресс-форм на автоматической линии оснащена устройствами для деления опок, что значительно снижает шум и вибрацию

* Организационные и профилактические мероприятия - все сотрудники инструктируются: вводные, первичные, внеочередные на рабочем месте и повторяющиеся, а также регулярные медицинские осмотры;

Таким образом, реализация этого проекта позволит снизить функциональные издержки работников за счет улучшения характера и условий труда.

Заключение

В магистерской работе проведен анализ исходных данных литья по газифицируемым моделям, рассмотрен технологический процесс литья по газифицируемым моделям.

В результате проведенных исследований разработаны рекомендации по устранению часто встречающихся несоответствий, выявленных при анализе брака стальных отливок «Балка» ЧАО «ЛУГЦЕНТРОКУЗ им. С.С. Монятовского».

Рекомендации по улучшению качества стальных отливок «Балка» были составлены с учетом проведенного прогнозирования с использованием многофакторного регрессионного моделирования. При выполнении анализа брака стальных отливок, разработан наглядный материал наиболее часто встречающихся дефектов. Разработанный материал может использоваться для обучающих целей, тиражирования знаний среди персонала.

Разработаны мероприятия по охране труда для данного цеха.

Список использованных источников

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука. - 1976. - 280с.

2. Баландин Г.Ф. Основы теории формирования отливки: В 2 ч. М.: Машиностроение, 1976. Ч. 1. 328 с.; 1979. Ч. 2. 335 с.

3. Бобровников Г.Н., Клебанов А.И. Прогнозирование в управлении техническим уровнем и качеством продукции: Учеб. пособие. - М.: Издательство стандартов. - 1984. - 232 с., ил.

4. Бродский В.З. Введение в факторное планирование эксперимента. - М.: Мир, - 1967. - 406с.

5. Воздвиженский В.М. и др. Контроль качества отливок: Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности «Машины и технологии литейного производства». - М.: Машиностроение. - 1990. - 240 с.: ил.

6. Волченко В.Н. Статистические методы управления качеством по результатам неразрушающего контроля изделий. М.: Машиностроение. - 1976. - 64с.

7. Воронин Ю.Ф. Повышения качества литья. Системный подход. - М.: Машиностроение -1, 2007. -- 264 с.

8. Воронин Ю.Ф., Камаев В.А. Атлас литейных дефектов. Черные сплавы.- М.: Машиностроение - 1, 2005. - 327 с.

9. Григорьев В.М. Литье по выжигаемым моделям: Учебное пособие для студентов -- Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2002.

10. Гончаров Э.Н., Козлов В.В., Круглова Е.Д. Контроль качества продукции. М.: Изд-во стандартов. - 1987. - 120с.

11. Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. Модели статики. - М.: Металлургия. - 1974. - 264с.

12. Гурьев А.М., Марков В.А. Контроль качества отливок в машиностроении. - Барнаул.: Изд-во АлтГТУ, 2002. - 280 с.

13. ГОСТ 15467-90. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения.

14. ГОСТ 19200-80. Отливка из чугуна и стали. Термины и определения дефектов.

15. ГОСТ 26645-85. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку.

16. ГОСТ 4491-86. Центры колесные литые для подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия.

17. ГОСТ 977-88. Отливки стальные. Общие технические условия.

18. Гуляев Б.Б., Корнюшкин О.А., Кузин А.В. Формовочные процессы. - Л.: Машиностроение. Ленингр. Отделение. - 1987. - 264 с.: ил.

19. Дикий Н.А., Халатов А.А.; Под ред. Доброва Г.М. Основы научных исследований: Теплоэнергетика. - К.: Вища шк. Головне изд-во. - 1985.- 223 с.

20. Зенгинидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. М.: Наука. - 1976. - 390с.

21. Кендалл М., Стьюарт А. Статистические выводы и связи/ Пер. с англ. Под ред. А.Н. Колмогорова. - М.: Наука. - 1973. - 899с.

22. Коуден Д. Статистические методы контроля/ Пер. с англ. М.: Физматгиз. - 1961. - 624с.

23. Макино Т., Охаси М., Докэ Х., Макино К.. Контроль качества с помощью персональных компьютеров. - М.: Машиностроение. - 1991. - 224 с.: ил.

24. Монтгомери Д.К. Планирование эксперимента и анализ данных/ Пер. с англ. Под ред. С.Б. Барона. - Л.: Судостроение. - 1980. - 384 с.

25. Ноулер Л., Хауэлл Дж., Голд Б., Коулмен Е., Моун О., Ноулер В. Статистические методы контроля качества продукции. - М.: Изд-во стандартов. - 1984. - 104с.

26. Специальные способы литья: учебник / Б.С. Чуркин [и др.]; под редакцией Б.С. Чуркина Екатеринбург: Издательство Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2010 . 731с

27. Тягунов Л.И., Карапетян Э.Г., Мирзоев Р.Г. Управление качеством промышленных изделий. Л.: ЛГУ. - 1977. - 119с.

28. Ухов Н.Н., Михайлов С.К., Белякова Е.И. Прогнозирование качества продукции: Учеб. Пособие. - Л.: «Наука». - 1980. - 128 с., ил.

29. Хазан Г.Л., Антипенко В.И. Статические методы как основа системного анализа процессов приготовления раздачи формовочных смесей // Развитие методов и процессов литейных форм. М.: Наука. - 1977. - 143с.

Размещено на Allbest.ru

...