Концепция и состояние технического перевооружения стержневого производства литейного цеха №1 РУП «МТЗ» Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

A. П. МЕЛЬНИКОВ, директор ОАО «БелНИИлит», канд. техн. наук, Г. И. ПАСЮК, канд. техн. наук, ОАО «БелНИИлит»,

И. В. ЕМЕЛЬЯНОВИЧ, техн. директор РУП «МТЗ» - зам. ген. директора ПО «МТЗ» по развитию,

B. П. ПЕТРОВСКИЙ, пом. гл. металлурга РУП «МТЗ», Н. И. САШКО, нач. литейного цеха № 1 РУП «МТЗ»

КОНЦЕПЦИЯ И СОСТОЯНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРЕВООРУЖЕНИЯ СТЕРЖНЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА ЛИТЕЙНОГО ЦЕХА № 1 РУП «МТЗ»

Концепция технического перевооружения стержневого производства литейного цеха № 1 РУП «МТЗ» разрабатывалась в 2004-2005 гг. с учетом накопленного опыта проведения аналогичной работы в литейном цехе № 2 РУП «МТЗ», характера производства, номенклатуры стержней и специфических особенностей, сложившейся в цехе технологии и применяемого к тому времени оборудования

В основу концепции была положена задача перевода всей номенклатуры производимых стержней на Амин-процесс .

Для охвата всей номенклатуры стержней при переходе на Амин-процесс было решено: стержни средней массы до 25-30 кг, ранее изготавливаемые на машинах мод . 4728 и 4509С, перевести на Амин-процесс с изготовлением на стержневых машинах серии 4747; выделить особую группу мелких стержней массой до 6 кг и перевести на Амин-процесс с изготовлением их на стержневых машинах серии 4751, технические характеристики которой приведены в табл 1; в связи с наличием большого парка, находящейся в эксплуатации оснастки, и с целью снижения затрат на техническое переоснащение производства модернизировать стержневые машины мод 4509С для обеспечения возможности изготовления на них стержней по Амин-процессу с использованием существующего парка стержневой оснастки и возможными минимальными ее доработками

Особенностью литейного цеха № 1 РУП «МТЗ» является многономенклатурность и широкий диапазон серийности отливок В то же время, анали-

зируя номенклатуру стержней цеха, необходимо выделить в определяющую тип производства группу отливки «головка блока цилиндров» 240-103015А, 245-103015Б1, 260-1003015, 260-1003015А2 и др .,

Т а б л и ц а 1

Параметры Техническая характеристика

Тип машины Стержневая однопозиционная

Режим работы Наладочный, автоматический,

полуавтоматический на один

цикл

Способ получения стержней, Пескодувный с отверждением

съем/ч стержня в ненагреваемом

стержневом ящике

Производительность, съем/ч 55 - 60

Наибольшая масса стержня,

кг 10

Габариты стержневого ящика

(максимальные), мм:

длина 540

ширина 300

высота 320

Разъем стержневого ящика Вертикальный

Тип привода Пневматический

Давление воздуха в сети, МПа 0,5-0,63

Род тока питающей сети Переменный

Частота тока, Гц 50

Напряжение, В 110/220/380

Средняя потребляемая мощ-

ность, кВт 5

Габариты машины, мм:

длина 3885

ширина 2925

высота 2675

Масса машины, не более, кг 4800

Количество обслуживающего

персонала, чел . 1

лгттггг^ г: пгатгггта

' 1 (50), 2009

/ 59

Рис . 1 .Стержень отливки «рукав полуоси» 1221-2407018Б/01Б, изготовленный по старой технологии

суммарная годовая программа выпуска которых превышает 200 тыс . отливок в год .

Ранее стержни (рис . 1, 2) изготавливали из влажных или увлажненных плакированных смесей с отверждением в нагреваемом стержневом ящике (Но^Ьох-процесс или Сгош^-процесс) .

Главные недостатки ранее действующей технологии: высокий процент брака отливок по газовым раковинам (до 14-15%) из-за повышенной га-зотворности стержневых смесей, содержащих в своем составе до 4% фенольных смол; высокая энергоемкость (расход природного газа на одной машине 90 м3/ч); повышенные затраты на восстановление стержневой оснастки после температурных нагрузок

Наиболее проблемными в производстве и бра-коносными стержнями из всей номенклатуры литейного цеха № 1 являются стержни рубашек водяного охлаждения головок блоков цилиндров Стержни таких сложнопрофильных отливок должны обладать особыми свойствами: высокой механической прочностью на разрыв и изгиб; высокой термостойкостью с целью недопущения пригара и обеспечения необходимой чистоты поверхности отливок; хорошей разрушаемостью (выбиваемо-стью) при полном выгорании органических связующих; низкой газотворностью и высокой газопроницаемостью

В действующем производстве для изготовления всей номенклатуры стержней применяли процесс изготовления их в нагреваемой оснастке на восьмипозиционных карусельных стержневых машинах мод . 4509С в количестве 12 ед . и одной стержневой машине мод . 4728 . При этом на стержневых машинах мод . 4509С использовали около 600 комплектов стержневой оснастки, что свидетельствует о многономенклатурности производства

Рис . 2 . Стержень отливки «рукав полуоси», изготовленный по старой технологии

В 2005 г были начаты работы по модернизации первой стержневой машины мод . 4509С . Сущность модернизации состоит в следующем . Из машины изъята печь нагрева стержневых ящиков; в машину введены узел продувки стержневой смеси в ящике газообразным катализатором и газогенератор, защитные кожухи с целью локализации и удаления остаточного амина, дополнительно введены шкаф и пульт управления, усовершенствована конструкция пескодувных устройств Система удаления остаточного амина соединена вентиляционными трубопроводами с установкой нейтрализации амина . Остальные узлы машины (узел разборки оснастки и извлечения стержней, основание с приводом поворота карусели, узел загрузки смеси и базовая конструкция узла надува стержневой смеси) сохранены без изменений

Была разработана техническая документация на модернизацию стержневых машин мод 4509С с изготовлением и поставкой дополнительных узлов и механизмов, аппаратуры электропневмо-управления и газогенераторов швейцарской фирмы «Любер» .

После подготовки машины и комплекта оснастки в количестве восьми стержневых ящиков выполняли работы по технологической отладке получения стержней рубашек водяного охлаждения головки блока четырехцилиндрового двигателя (рис . 3, 4) .

Одновременно была закуплена и введена в эксплуатацию установка нейтрализации аминов немецкой фирмы VSS производительностью 30 000 м3/ч .

В процессе отладки выясняли необходимость доработки проектных решений по оснастке с учетом особенностей и требований продувочных технологий

В результате проведенных работ началась эксплуатация машины в двухсменном режиме работы

Рис . 3 . Комплект стержней отливки «головка блока цилиндров» 240-1003015

На начальных стадиях эксплуатации производительность машины составляла 200-300 съем/смена. Постепенно в процессе эксплуатации совершенствовалась технология производства стержней, режимы надува, продувки и т. д . Производительность машины была доведена до 450-500 съем/ смена. Технические характеристики стержневой машины мод . 4509СМ приведены в табл . 2 .

Т а б л и ц а 2

Техническая характеристика Параметры

Тип оборудования 8-позиционная, карусельная машина

Способ получения стержня Пескодувный с отверждением из ХТС с продувкой газообразным катализатором

Наибольшая масса стержня, кг 20

Расчетная производительность, съем/ч 110-150

Минимальная продолжительность

цикла, с 18

Габариты стержневого ящика, мм 700x400x200

Объем пескодувного резервуара, л 25

Объем ресивера, л 100

Тип привода Пневмогид-равлический

Управление Пневмоэлект-рическое

Установленная мощность, кВт 17,5

Род тока питающей сети Переменный, трехфазный

Частота тока, Гц 60

Напряжение силовой цепи, В 220/380

Напряжение цепей управления, В 110, 24

Давление воздуха в сети, МПа 0,5-0,63

Расход воздуха на цикл, м3/цикл 1,15

Габаритные размеры машины, мм 5150x4200x2900

Масса машины, кг 11500

Количество отсасываемого от машины

воздуха, м3 3000

Количество обслуживающего персонала,

чел . 1

Рис. 4 . Цельный стержень «рубашка водяного охлаждения» отливки «головка блока цилиндров» 260-1003015

стью исключен брак отливок по газовым раковинам . Уровень брака после внедрения СоМ-Ьох-про-цесса показан на рис 5

Кроме того, до минимума сведены энергозатраты на производство стержней . В целом были достигнуты настолько значительные результаты, что руководство РУП «МТЗ» приняло решение об эксплуатации модернизированной машины в три смены с целью охвата новой технологией более высокого количества наименований стержней и достижения максимального экономического эффекта на базе преимуществ новой технологии

Преимущества технологии изготовления цельного стержня отливки 260-1003015 «головка цилиндров» по Амин-процессу на стержневой машине мод. 4509СМ в сравнении с клеенным стержнем, изготавливаемым по горячим ящикам на стержневой машине мод. 4509С, приведены в табл. 3, а экономический эффект от перевода стержневых машин мод . 4509С на Амин-процесс - в табл . 4 .

У П

f

А =1

1 ■ L

I

■

240-1003015А 52-2308014Й15А2 50-3405016А

"Головка цилиндров" -Kopnic ред>«тора" "Корпц: ГУРа"

1221-2707018Б 50-2407018А-01

"Рукав полуоси" "Рукав пол)госи"

□ 2007 г. - до внедрения ■ 2008 г. - после внедрения

При переводе изготовления стержней «рубашка водяного охлаждения» на Амин-процесс полно-

Рис . 5 . Уровень брака отливок после внедрения Cold-box (ХТС)-процесса

Т а б л и ц а 3

Показатель экономического эффекта Экономия 2008 г.

Экономия природного газа при изготовлении стержней, тыс . м3 276,5

Экономия электроэнергии при изготовлении стержней, тыс . кВт-ч 49,2

Снижение уровня брака стержней, % 54,0

Снижение уровня брака отливок, % 38,0

Экономия технической воды на охлаждение, тыс . м3 6,4

Снижение затрат на изготовление стержневых ящиков, тыс .руб . 4400

Снижение расхода свежего песка, т вагонов, шт. 94,5 1,5

Снижение трудоемкости, нормо/ч 4064

Высвобождение работающих во вредных условиях труда, чел . 2

Итого, экономический эффект, тыс . руб . 315000

Т а б л и ц а 4

Показатель экономического эффекта Экономия 2008 г.

Экономия природного газа при изготовлении стержней, тыс . м3 929,4

Снижение уровня брака стержней, % 54

Снижение уровня брака отливок, % 26,2

Экономия технической воды на охлаждение, тыс . м3 8,9

Снижение затрат на изготовление стержневых ящиков, тыс . руб . 53000

Снижение расхода свежего песка, т 600

Снижение трудоемкости, нормо/ч 8128

Высвобождение работающих во вредных условиях труда, чел . 4

С 2006 г. модернизированная стержневая машина эксплуатируется в три смены .

В 2007 г. введена в эксплуатацию первая стержневая машина серии 4747 и на ней освоен в вось-мигнездном ящике выпуск стержней корпуса редуктора по Амин-процессу (рис . 6), а также в двух-гнездном ящике с отъемными частями стержней

Рис. 6 . Стержни отливки «картер редуктора», изготовленные по старой и новой технологиям

аггг^ г ктмтгптгт /м

-1 (50), 2009 /III

отливки «гидроусилитель руля» (рис . 7), что позволило демонтировать стержневую машину мод 4728 .

Преимущества технологии изготовления стержня отливки 50-3405016А «корпус гидроусилителя руля» по Амин-процессу в сравнении со стержнем, изготавливаемым по горячим ящикам на стержневой машине мод . 4728, приведены в табл . 5.

Т а б л и ц а 5

Показатель экономического эффекта Экономия 2008 г.

Экономия природного газа при изготовлении стержней, тыс . м3 177,3

Экономия электроэнергии при изготовлении стержней, тыс . кВт-ч 152,4

Снижение уровня брака стержней, % 46,0

Снижение уровня брака отливок, % 73,0

Экономия технической воды на охлаждение, тыс . м3 101,34

Снижение затрат на изготовление стержневых ящиков, тыс . руб . 7500

Снижение расхода свежего песка, т вагонов, шт. 315 5

Снижение трудоемкости, нормо/ч 2032

Высвобождение работающих во вредных условиях труда, чел . 1

Итого, экономический эффект, тыс . руб . 315200

В 2008 г введена в эксплуатацию вторая стержневая машина серии 4747 и на ней начали производить стержни двух типов отливок «рукав полуоси» (рис . 8, 9) .

Преимущества технологии изготовления цельного стержня отливки 50-2407018/01 «рукав полуоси» по Амин-процессу в сравнении с изготавливаемым по нагреваемой оснастке приведены в табл 6, а экономия от внедрения технологии изготовления стержней по Амин-процессу в целом -в табл 7

Рис . 7. Стержни отливки «гидроусилитель руля», изготовленные по Амин-процессу

/ 1 (50), 2009-

Рис . 8 . Цельный стержень отливки «рукав полуоси» 1221-2407018Б/01Б, изготовленный по Амин-процессу

Т а б л и ц а 6

Показатель экономического эффекта Экономия 2008 г.

Экономия природного газа при изготовлении стержней, тыс . м3 786,9

Экономия электроэнергии при изготовлении стержней, тыс . кВт-ч 121,9

Снижение уровня брака стержней, % 35,0

Снижение уровня брака отливок, % 9,5

Экономия технической воды на охлаждение, тыс . м3 4,8

Снижение затрат на изготовление стержневых ящиков, тыс . руб . 13400

Снижение расхода свежего песка, т вагонов, шт. 126 2

Снижение трудоемкости, нормо/ч 4064

Высвобождение работающих во вредных условиях труда, чел . 2

Итого, экономический эффект, тыс . руб . 555700

Т а б л и ц а 7

Показатель экономического эффекта Экономия 2008 г.

Экономия природного газа при изготовлении стержней, тыс . м3 4279,6

Снижение уровня брака стержней, % 42

Снижение уровня брака отливок, % 13,4

Экономия технической воды на охлаждение, тыс . м3 131,2

Снижение затрат на изготовление стержневых ящиков, тыс . руб . 810000

Снижение расхода свежего песка, т 950

Снижение трудоемкости, нормо/ч 24384

Высвобождение работающих во вредных условиях труда, чел . 12

Рис . 9. Цельный стержень отливки «рукав полуоси», изготовленный по Амин-процессу

В 2009 г. запушены в эксплуатацию еще две модернизированные машины мод . 4509С, на которых продолжается освоение производства це-ликовых стержней рубашек водяного охлаждения головки блока цилиндров 260-1003015 и 240-1003015 идр .

В 2009 г запланирована поставка в цех двух стержневых машин мод . 4751Б1К2 и модернизация еще двух стержневых машин мод . 4509С .

По предварительным расчетам, после реализации указанных работ и освоения в производстве еще четырех машин по Амин-процессу с охватом обширной номенклатуры стержней в объеме нескольких десятков наименований в основном будет завершен цикл работ по переводу на Амин-процесс стержневого производства литейного цеха № 1.