Proiect API - Dragos Petrutiu

8/6/2019 Proiect API - Dragos Petrutiu

1/14

UNIVERSITATEA TEHNIC DIN CLUJ-NAPOCA

FACULTATEA DE INGINERIA MATERIALELOR I A MEDIULUI

SPECIALIZAREA: INGINERIA I PROTECIA MEDIULUI N INDUSTRIE

MATERIA: ANALIZA PROCESELOR INDUSTRIALE II

LUCRARE DE SEMESTRU

STUDIU DE CAZ ASUPRA PROCESELOR DE REALIZARE A PIESELOR

TURNATE DIN FONT

Qpb= 4500 t/an

PROFESOR COORDONATOR:

CONF. DR. ING. EMIL RII-MIHOC

STUDENI:

DRAGO PETRUIU 3732/2

CLUJ-NAPOCA, MAI 2011


2/14

CUPRINS

1. Memoriu tehnic

1.1. Tema de proiectare1.2. Analiz asupra procesului de realizare a pieselor turnate2. Memoriu justificativ de calcul

2.1. Fondul de timp necesar2.2. Bilanul consumului de metal pentru 100 kg material de ncrctur 2.3. Calculul reziduurilor rezultate la elaborarea aliajului lichid 100 kg i

extrapolarea la producia anual2.4. Calcularea cantitii de reziduuri pentru o durat de funcionare de 25

de ani2.5. Proiectarea haldei de depozitare a reziduurilor solide pentru o perioad

de 25 de aniAnexa 1. Desen de ansamblu hald de reziduuri


3/14

1.Memoriu tehnic1.1. Tema de proiectare

Tema de proiectare este realizarea unui studiu de caz asupra proceselor de realizare a pieselor

turnate din font pentru o producie de piese bune Qpb = 4500 t/an i cu o gam dimensional de

piese M = 0 1900 kg/ pies n care se vor determina cantitatea de reziduuri rezultate i se va

concepe i proiecta sistemul de colectare, evacuare i tratare a reziduurilor

1.2. Analiz asupra procesului de realizare a pieselor turnateFonta este un aliaj de fier i carbon material casant, cu un coninut ridicat de carbon ( 2- 2.5%).

Fierul pur nu prezinta importanta practica. In schimb, aliajele fierului cu carbonul, fonta si otelul,sunt materialele metalice cele mai utilizate in tehnica. Fonta este aliajul fierului cu carbonul, carecontine intre 2,06% si 4,3% carbon, iar otelul, aliajul fierului cu carbonul care contine sub 2,06%carbon. In afara de fier si carbon, atat fontele cat si otelurile, mai contin, in cantitati mici, si alteelemente siliciu, mangan, sulf, fosfor(numite elemente insotitoare) - care nu au putut fi completindepartate in procesul de elaborare sau care au fost introduse in mod voit, pentru a le conferianumite proprietati (elemente de aliere).

Fonta se obtine prin topirea si reducerea minereurilor de fier in cuptoare speciale numite furnale.

Fontele obtinute in furnale se numesc fonte brute. Dupa compozitia chimica se deosebesc in fontebrute obisnuite si fonte brute aliate. Ele pot fi folosite in:

- elaborarea otelului(fonte pentru afinare)

- turnarea pieselor (fonte pentru turnatorie)

Fonta prezinta urmatoarele caracterisrici generale:se toarna bine, se lucreaza prin aschiere,dar nuse poate prelucra plastic(nu se poate lamina sau forja) si nu se poate suda. Fontele turnate in piesemai sunt numite si fonte de a doua topire si se obtin din fonte brute, prin retopirea in cuptoarespeciale (cubilouri) in scopul inlaturarii impuritatilor si a obtinerii anumitor compozitii. Ele pot fi :fonte cenusii, fonte nodulare si fonte maleabile.

-fontele cenusii (simbol Fc, urmat de cifra care ii indica rezistenta minima de rupere latractiune, in daN/cm2) se toarna foarte bine si se prelucreaza prin aschiere, fiind ieftine.

-fontele nodulare (simbol Fn - fonta cu grafit nodular) se obtin prin adaugarea de magneziuin baia de fonta. Prezinta proprietati mecanice la fel de bune ca otelul si se toarna la fel de bine cafonta cenusie.


4/14

-fontele maleabile (simbol Fm) se obtin printr-un tratament termic special (de maleabilizare)se poate prelucra bine prin aschiere, are proprietati mecanice appropriate de ale otelului.

Cand fonta se prepara prin racire brusca din stare lichida, are culoarea alba si se numeste fontaalba. Ea consta in general din compusul cementita, Fe3C, o substanta rigida, casanta.Fonta cenusie,obtinuta prin racire inceata, consta din graunte cristaline de fier pur (numit ferita) si fulgi de grafit.

Atat fonta alba, cat si cea cenusie sunt casante, deoarece principalul constituent al primeia,cementitul, este casant iar ultima este slabita de fulgii de grafit distribuiti prin ea si de ferita duracontinuta.

Fonta maleabila, care este mai dura si mai putin casanta decat cea alba sau cenusie, se prepara printratarea la cald a fontei cenusii cu o compozitie convenabila. In acest tratament, fulgii de grafit seunesc in particule globulare, care, din cauza ariilor sectiunilor traversale mici, slabesc ferita maiputin decat o fac fulgii.Fonta este cea mai ieftina varietate de fier, dar folosirea ei este limitata dincauza rezistentei mici. O mare parte din ea se foloseste la prepararea otelului iar o cantitate maimica, a fierului forjat.

Turnarea

Piesele-semifabricat turnate trebuie sa aiba o astfel de forma incat sa preintampine posiblitateaaparitiei diferitelor defecte in timpul turnarii care ar face imposibila prelucrarea prin aschiere sau,oricate precautii ar fi luate la prelucrarea prin aschiere, sa rezulte in final piese finite care sa nu-si poataindeplini rolul functional pentru care au fost proiectate.

Pentru piesele-semifabricat turnate se recomanda urmatoarele:

- planul de separatie este economic sa fie un plan drept, cu un contur simplu si pe cat posibilplan de simetrie. Un plan de separatie in trepte mareste costul manoperei si complica sculele iar uneori

poate conduce la dezaxarea piesei-semifabricat;

- adaosurile de inclinare, tehnologice si de prelucrare sa fie cat mai mici posibile deoarece ele vorfi indepartate in urma prelucrarii prin aschiere si vor constitui deseuri sub forma de aschii conducand lacosturi suplimentare;

- maselotele sa fie amplasate in zonele cele mai groase ale piesei pentrua evita aparitia golurilor de contractie si pentru a permite o solidificare dirijatafara defecte de umplere a piesei-semifabricat;

- marimea adaosurilor tehnologice ce apar la amplasarea maselotelor sa fie cat mai mica dar sa

asigure o solidificare dirijata si sa evite aparitia golurilor de contractie si a nodurilor termice;

- colturile si muchiile pieselor-semifabricat trebuie sa fie rotunjite pe ambele fete deoarece parteaexterioara a colturilor si muchiilor se raceste mai repede decat zona interioara corespondenta putandconduce la apartia golurilor de contractie interioare;

- unghiurile si inclinatiile peretilor sa fie cat mai mari deoarece efectul nodurilor termice creste cumicsorarea unghiurilor;


5/14

- intersectiile de pereti trebuie sa se faca dupa unghiuri drepte pentru a se evita ingrosarea siaparitia de noduri termice, respectiv goluri de contractie.

- in zona de racordare a nervurilor sau a peretilor interiori nu trebuie sa rezulte o acumulare dematerial deoarece aceasta constituie nod termic si poate conduce la aparitia golurilor de contractie;

- numarul de nervuri sau de pereti interiori care se intersecteaza intr-un singur punct trebuie safie cat mai mic, pentru a se evita intarzierea solidificarii si aparitia retasurilor interne;

- grosimea peretelui piesei trebuie sa fie cat mai uniforma, raportul sectiunilor nu trebuie sadepaseasca valoarea 1:2, trecerile sa se faca progresiv si nu brusc;

- gaurile cu diametrul < 20 mm, nu se vor realiza prin turnarea cu miezuri deoarece este maieconomica prelucrarea ulterioara prin gaurire, iar zonele cu gauri strapunse trebuie intarite folosindbosajele, deoarece ele constituie concentratori de tensiune;

- zonele cu bosaje sau proeminente sa nu constituie factori favorizanti pentru aparitia nodurilor

termice respectiv a golurilor de contractie;

- optimizarea formei piesei-semifabricat obtinuta prin turnare se face tinand cont ca trebuierealizale: usurarea modului de formare si dezbatere; solidificarea dirijata in forma de turnare; adaosurilede prelucrare, tehnologice si de inclinare cat mai mici si reducerea efectelor contractiei de solidificare, inspecial tensiunile interne;

- modificarea formei constructive a piesei - semifabricat obtinuta prin turnare in asa fel incat sapermita usurarea prelucrarilor ulterioare ale piese;

De corecta executie a formelor de turnare depinde in cea mai mare masura calitatea piesei turnate,deoarece prin metoda de formare folosita se influenteaza nemijlocit: calitatea suprafetei piesei

turnate; precizia dimensionala a piesei; compactitatea masei metalice; structura de cristalizare aaliajului turnat; pretul de cost al piesei fabricate.

Procesul tehnologic de obtinere a pieselor prin turnare in forme temporare presupune realizareaurmatoarelor etape:

- prepararea amestecului de formare si a amestecului de miez;

-realizarea modelului si a cutiilor de miez, pe baza desenului piesei brut turnate sau adesenului de executie a modelului si a cutiilor de miez;

- realizarea formei de turnare si a miezurilor;

- asamblarea formelor si a miezurilor in forma;

- elaborarea aliajului, transportul si alimentarea formelor, tratamente aplicate la umplereaformei, solidificarea piesei;


6/14

- dezbaterea formelor, extragerea piesei solidificate si scoatereamiezurilor din piesa;

- separarea retelei de turnare si a maselotelor, curatirea;

- tratamente termice si de suprafata;

- controlul final al piesei, remedierea defectelor;

- marcarea,

1.3. Msuri de tehnic asecuritii muncii la elaborarea iturnarea fontei

Msuri la depozitul de materiale

Depozitul de materiale trebuie sa satisfac condiiile unei manevrri n siguran a materialelor.

Pregatirea materialelor metalice se va face in afara zonei de actiune a produselor rulante, sfarmarea

facandu-se cu sonete de spart fonta .

Legarea materialelor metalice de crligul macaralei se face numai de ctre personalul muncitor instrui

special n acest scop.

Msuri la cuptoarele electrice

Principala defeciune cu consecine grave, care poate surveni la cuptorul cu inducie, o constituie perforarea

creuzetului i a inductorului de ctre fonta lichid.

Pentru a preveni aceast defeciune, cuptoarele cu inclzire prin inducie trebuie echipate obligatoriu cu

sistem de alarm care avertizeaz asupra acestuia prin: depirea valori limit a intensitii curentului n

inductor, apariia unei intensiti oscilante n inductor.

Cuptoarele cu creuzet vor fi prevzute cu capace rabatabile care vor fi deschise numai la ncrcarea

cuptorului. n timpul incrcrii sau descrcrii, cuptoarele electrici vor fi scoase de sub tensiune.

Personalul muncitor care lucreaz la cuptoarele electrice va purta echipament de protecie din azbest i

pantofi cu talp din lemn. Mnusile trebuie s fie uscate i neuzate.


7/14

2.Memoriu justificativ de calcul2.1. Fondul de timp necesarFondul calendaristic de timp

Fc= Nz*n* s

Fc= 365*3*8=8760 [h/an]

Fondul nominal de timp

Fn= [Nz-(D+S+L)]*n*s

Fn= [365-(52+52+6)]*3*8= 6120 [h/an]

Fondul efectiv de timp

Fe= Fn*(100-p/100)[h/an]

Fe=6120(100-10.5/100)= 5477,4 [h/an]

2.2. Analiza si calculul bilanului aliajului lichid i al incrcrii metalice

In vederea stabilirii necesarului de aliaj cuprins in incarcatura metalica Q, sunt luate in considerareurmatoarele elemente:

- cantitatea de piese turnate brute Qpb, exprimata in procente (%)

- cantitatea de piese rebut R, exprimata in procente (%)- cantitatea de aliaj pierduta prin stropi, scurgeri ramase pe jgheabul de evacuare, pe cala de

turnare etc. Pr exprimat in procente (%)- cantitatea de aliaj consumata in retelele de turnare, maselote, bavuri, MR exprimata in procente

(%)- cantitatea de aliaj pierduta prin ardere in timpul elaborarii, Pa exprimata in procente (%)

Elementele mentionate reprezinta cantitatea de aliaj lichid

, elaborata si evacuata din cuptor in

oala de turnare. Este exprimata in procente (%) si de determina cu relatia:

= + + + [%]

Totalitatea elementelor de mai sus reprezinta incarcatura metalica Q si este egala cu 100% ,respectiv:

Q = Q + R+ P + MR+ P = Q + P = 100 %


8/14

Cantitatea de piese turnate bune indicata prin programul de productie este parte din incarcatura metalica,

Q ,regasita in piesele turnate. Ea reprezinta randamentul de utilizare a incarcaturii metalice RUIM si se

determina:

RUIM =Q

100=

Q (R + P + MR + P)100

=100 (R+ P + MR+ P)

100

Randamentul de utilizare a incarcaturii metalice, RUIM, este dependent de marimea (greutatea)pieselor turnate, de natura aliajului turnat, de agregatul de elaborare si de metoda de elaborare(simplex, duplex). In tabelul 1 este prezentata orientativ valoarea RUIM-ului exprimata in procentedin incarcatura metalica.

Tabelul 1. Randamentul de utilizare a incarcaturii metalice, RUIMNatura aliajului Agregatul, respective metoda de

elaborare

RUIM %

Piese

uoarePiese mijlocii Piese grele i

foarte grele

Font cenuie CubilouCuptor cu inducie

Duplex

60-6262-6558-60

65-6767-7062-65

68-7270-7465-68

72-7574-7770-72

Font albdestinat

maleabilizrii

CubilouCuptor cu inducie

Duplex

42-5045-5540-45

---

---

---

Oel Cuptor cu inducieCuptor cu arcCuptor Martin

52-5552-5551-54

55-6055-6053-57

62-6562-6558-62

65-7065-7063-68

Aliaje pe baz decupru

Cuptor cu inducieCuptor cu flacr cu creuzet

58-6255-60

62-6560-62

--

--

Aliaje pe baz dealuminiu

Cuptor cu inducieCuptor cu flacr cu creuzet

58-6055-58

58-6258-60

--

--

Din tabelul 1 s-a ales valoarea RUIM = 74% pentru cuptorul cu inductie.Cantitatea de piese rebutate, R, raportata la incarcatura metalica este apreciata pe baze

statistice in turnatorii similare in functiune si este cuprinsa intre 2% si 8%.Se ia valoarea R = 3%Cantitatea de aliaj pierduta intre agregatul de elaborare si forma de turnare prin stropi,

scurgeri, scoarte etc., reprezinta pierderi ce pot fi recuperate in turnatorie, pierderi recuperabile,

P. Este exprimata in % si se apreciaza, statistic, la 1...2,5% din incarcatura metalica.

Se ia valoarea P = 2,3 %Cantitatea de aliaj pierduta prin ardere, , in timpul procesului de elaborare este exprimata

in procente raportate la incarcatura metalica si reprezinta pierderi nerecuperabile. Pierderile prinardere depind de natura aliajului, de agregatul si de metoda de elaborare, asa cum rezulta dintabelul 2.


9/14

Tabelul 2. Pierderi prin ardere de incarcatura metalicaNatura aliajului Agregatul de elaborare i respective

metoda de elaborare

Pierderi prin ardere %

Font cenuie CubilouCuptor cu inducie

Duplex

5-63-47-9

Font alb destinat maleabilizrii CubilouCuptor cu inducie

Duplex

5-63-47-9

Oel Cuptor cu inducieCuptor cu arcCuptor Martin

4-54-56-8

Aliaje pe baz de cupru Cuptor cu inducieCuptor cu flacr cu creuzet

4-55-6

Aliaje pe baz de aluminiu Cuptor cu inducieCuptor cu flacr cu creuzet

3-44-5

Se ia valoarea P = 4 % pentru cuptorul cu inductie.Cantitatea de aliaj cuprinsa in maselote, retele de turnare, bavuri, excrescente, MR, este

esprimata in % si se determina ca diferenta intre incarcatura metalica Q si suma celorlalte elementedin bilant.

MR = Q Q. + R + P + P [%]

MR= 100 (74 + 3 + 2,3 + 4) [%]

= 16,7[%]

= 100

74= 4500

100

74= 6081.081 ()

Cantitatea de piese rebutate = 3% = 3% 6081.081 = 182.432

Cantitatea de aliaj pierdut prin stropi

= 2.3% = 2.3% 6081.081 = 139.864

Cantitatea de aliaj pierdut n reele de turnare, maselote, bavuri

= 16.7% = 16.7% 6081.081 = 1015.54

Cantitatea de aliaj pierdut prin ardere n timpul elaborrii = 4% = 4% 6081.081 = 243.24


10/14

Repartiia pe grupe de greutate i calculul pentru Qpb = 100 kg al procentului reprezentat pe o grup

Grupa Greutatea [kg] Procent

I 0-100 7

II 100-400 11

III 400-600 14IV 600-850 21

V 850-1150 18

VI 1150-1450 13

VII 1450-1700 9

VIII 1700-1900 7

Calculul greutii fiecrei clase i a numrului de piese

Grupa

I = 7% 4500 = 315 t/an

II = 11%

4500 = 495 t/anIII = 14% 4500 = 630 t/an

IV = 21% 4500 = 945 t/an

V = 18% 4500 = 810 t/an

VI = 13% 4500 = 585 t/an

VII = 9% 4500 = 405 t/an

VIII = 7% 4500 = 315 t/an

Grupa Nr. de piese buneI Npb1 = 315 t : 50 kg = 6300 piese/an

II Npb2 = 495 t : 250 kg = 1980 piese/anIII Npb3 = 630 t : 500 kg = 1260 piese/an

IV Npb4 = 945 t : 750 kg = 1303 piese/an

V Npb5 = 810 t : 1000 kg = 810 piese/an

VI Npb6 = 585 t : 1150 kg = 509 piese/an

VII Npb7 = 405 t : 1575 kg = 257 piese/an

VIII Npb8 = 315 t : 1800 kg = 175 piese/an

Numrul total al pieselor bune turnate ntru-un an:

= + + + + + + + = 6300 + 1980+ 1260 + 1303+ 810 + 509+ 257 + 175 = 12594


11/14

2.3. Calculul reziduurilor rezultate la elaborarea aliajului lichid 100 kgArderea pentru formarea 100 kg aliaj lichid Fc400-12

C=3,8- 4% C = 4 kg

Si=1,5 % Si = 1,5 kg

Mn=1,5% Mn = 1,5 kg

Se alege din diagram arderea carbonului si arderea siliciului:

C=3 kg

Si=4 kg

Mn =4 kg

C= (20/100)*4,68=0,936 Kg carbon ars

Si=(25/100)*1.8 = 0,468 Kg siliciu ars

Mn=(30/100)*0,78= 0,234 Kg mangan ars.

Cantitatea de carbon

C+O2=CO2

12gC +2*16gO2=44gCO2

12 g C.44g CO2

936 g C....................x

x=44*936/100=3432 g CO2/100 kg aliaj

Extrapolarea volumului de CO2 la 1 an de zile

100kg.3,432kgCO2

6081*10kg.x

x= (6081*10*3,432)/100= 208699 kg CO2 degajat

208699:Fe=208699/5477,4 =38,10 kg/h


12/14

pV=RT => V=mRT/p

V=208699 8,314 273 / 44 105

V=107,65 mn

Cantitatea de Si:

Si+ O2= SiO2

28gSi+2*16gO2= 60gSiO2

28gSi.60gSiO2

468gSix

X=(60*468)/28= 1002,85g SiO2 / 100 kg aliaj = 1,002kg SiO2

Pentru 1 an de zile

100kg.1,002 kg Si

6081*103.x

X= 60931.62 kg SiO2 / an

=

r =1,4 t/m3 ; V=m/r = 60.931 t/ 1.4= 43.522 m3

Cantitatea de Mn

Mn+O2=MnO2

55gMn+2*16gO2= 87gMnO2

55gMn..87gMnO2

234gMnx


13/14

x = 370,145 g MnO2; pentru 100kg = 0,370 kg MnO2;

Pentru 1 an de zile

100kg.0.370 kg Mn

6081*103 kg .x

X= 22499.7 kg MnO2 / an

=

r =1,4 t/m3 ; V=m/r = 22.499 t / 1.4= 16.071 m3

2.4. Calcularea cantitii de reziduuri pentru o durat de funcionare de25 de ani

Extrapolarea volumul de reziduuri pe 25 ani

1 an 43,522 m3 SiO2

25 ani x = 1088,05 m3 SiO2

1 an ..16,071 m3 MnO2

25 ani . x = 401,775 m3 MnO2

Volumul estimat al haldei = VSi+VMn = 1088,05 + 401,775 = 1489,825 [m3];

Volumul de proiectare a haldei = 1500 [m3].


14/14

2.5. Dimensionarea haldei de reziduuriH nlime hald 4 m (2 m sub nivelul solului)

Volumul superior al haldei se determin cu formula:

=0,5

3( + + )

+ + = 3

0,5 = 2250

unde Ab este aria bazei mici i AB este aria bazei mari.

Se stabileste constructiv c Ab = 0,3 AB

1,3 + 0,3 = 2250;

=2250

1,3 + 0,3= 1217,7 1250

= 0,3 1250 = 375

Constructiv se stabilesc laturile bazelor:

Baza mare Lungimea = 36 m limea = 36 m

Baza mic Lungimea = 25 m limea = 15 m

Bibliografie:

[1] Eugen Dragos, Emil Nagy, Elaborarea si turnarea aliajelor feroase, Institutul Politehnic Cluj-Napoca, 1992

[2]Gh. Zirbo si colectivul, Indrumator de proiectare tehnologii de turnare, Institutul Politehnic Cluj-

Napoca,1986

[3]C. Stefanescu si colectivul, Indrumatorul proiectantului de tehnologii volumul I si II, Editura

Tehnica, Bucuresti, 1986

Proiect API - Dragos Petrutiu

Documents

Transcript of Proiect API - Dragos Petrutiu