Совершенствование системы бизнес-планирования на предприятии

В рамках программы развития завода предусматривается техническое  переоснащение производства, запуск новых производственных линий, выпуск новых видов продукции. В настоящее время предприятие занимается первым этапом развития – созданием нового литейного участка.

Штатная численность работников составляет 170 человек – менеджмент, инженерно-технические работники и квалифицированные рабочие (электрогазосварщики, слесари-сборщики, слесари-инструментальщики, станочники по металлу - резчики, токари,  фрезеровщики). 

Обоснование выбора технологий литья. Характеристика планируемой к выпуску продукции.

Литьё - технологический процесс изготовления заготовок (отливок), заключающийся в заполнении предварительно изготовленной литейной формы жидким материалом (металлом, сплавом, пластмассой и т.п.) с последующим его затвердеванием. 

Известно множество разновидностей литья. Самый древний способ литья  — литьё в песчано-глинистые формы, или, как говорят, литьё в землю. До сих пор этим способом делают до 85% отливок. Преимуществом литья в земляные формы является универсальность способа. Этим способом получают отливки любой конфигурации, из любых литейных сплавов, любой массы и размера. Формовочные материалы недефицитны и дешевы. Разовые песчано-глинистые формы могут быть приготовлены либо непосредственно в почве (в полу литейного цеха) по шаблонам, либо в специальных ящиках-опоках по моделям.

 Для изготовления литейной  формы (формовки) используют формовочную смесь, получаемую в специальных смесителях, и представляющую собой многокомпонентную систему, состав которой определяется типом и массой отливки и природой металла. Основными компонентами формовочной смеси являются кварцевый песок и формовочная глина (до 10-15%). Глина является связующим звеном и при оптимальном содержании воды (4-5%) придает формовочной смеси необходимую прочность и пластичность. Песок увеличивает пористость и, следовательно, газопроницаемость формовочной смеси. Кроме того, в формовочную смесь вводят противопригарные добавки (каменноугольную пыль, графит (для чугунов), пылевидный кварц (для сталей)), защитные присадочные материалы (борную кислоту, серный цвет) и другие ингредиенты. Следующий этап - изготовление деревянной, гипсовой, пластмассовой или металлической модели согласно чертежу будущей отливки. Для изготовления модели применяют циркулярные и ленточные пилы и станки (фуговальные, рейсмусовые, фрезерные, шлифовальные, шипорезные). Для получения отверстий и полостей в будущей отливке необходимо изготавливать специальные стержни, закрепляемые в модели. Для изготовления стержней используют стержневые смеси, состоящие из кварцевого песка и самотвердеющих неорганических или органических связующих (растворы растительных масел и канифоли в уайт-спирите, силикатные клеи, жидкое стекло с добавкой 10 % раствора NaOH, и другие материалы). После изготовления отливок следует процесс их очистки. В очистном отделении выполняются операции по удалению стержней из отливок, отделению литниковых систем и прибылей, очистке, обрубке, зачистке, термической обработке, исправлению дефектов в отливках и грунтовке отливок. Обрубку отливок, удаление заливов, швов и других неровностей на наружных и внутренних поверхностях средних отливок из стали, а также вырубку дефектов, технологических (ложных) ребер в отливках обычно выполняют пневматическими рубильными молотками с зубилами или воздушно-дуговой резкой. Для зачистки питателей, прибылей и других мелких неровностей на наружных поверхностях стальных отливок применяют специальные установки, снабженные абразивными корундовыми или карборундовыми кругами. Заусенцы, острые кромки и другие подобные неровности отливок удаляют на заточных шлифовальных станках. Основными методами исправления дефектных отливок являются декоративная заделка мелких поверхностных раковин пастами - мастиками и замазками; пропитывание специальными составами (водным раствором хлористого аммония и др.) для устранения пористости отливок, подвергающихся гидравлическому испытанию; газовая или электрическая заварка. Дефектные отливки исправляют на специализированных участках термообрубных отделений. Следующая технологическая операция - термообработка отливок. Основной целью термообработки является снятие внутренних напряжений и улучшение обрабатываемости отливок при обработке резанием, придание металлу определенной структуры и физико-механических свойств. Отливки из углеродистой и низколегированной стали, изготовляемые в цехе, должны подвергаться нормализации. Время термообработки – 15…18 часов. Завершающей операцией в цикле изготовления отливок является грунтовка. Грунтовку применяют для предохранения отливок от коррозии при их длительном хранении или транспортировке. Окраске подвергают наружные и внутренние поверхности отливок, не подлежащие обработке резанием, специальной густой краской (грунтом). Перед грунтовкой поверхности отливки очищают от песка и пыли в моечных установках. Отливки массой < 500 кг очищают струёй раствора едкого натра и тринатрийфосфата, а >500 кг - протиркой уайт-спиритом. Грунтовка производится пневматическими распылителями или ручными электрораспылителями. После грунтовки отливки сушат в специальных камерах или выдерживают в атмосфере цеха.

Недостатки способа литья в  землю: большая предварительная  работа по созданию формовочных смесей, моделей и стержней, грубая поверхность  отливки, большой припуск на механическую обработку для получения заданных параметров по точности и шероховатости, большой расход металла на литники, очень низкие санитарно-гигиенические условия труда, высокая степень загрязнения окружающей среды (поскольку присутствуют утечки происходит образование значительного количества пыли, связанное с циклическим использованием большого количества смеси, содержащей пылевидные органические добавки (угольная пыль и заменители)), высокий уровень энергопотребления.

Так, приготовление песчано-глинистых  смесей (ПГС) включает несколько энергоемких и пылеобразующих операций: сушка песка и глины (при температуре 200-250°С), размол угольного и кварцевого порошка, перемешивание компонентов и увлажнение. Для выполнения этих операций требуются специальные сушильные печи и смесители. Среднее соотношение между массой смеси и отливки составляет 10:1. Хотя отработавшая смесь поддаётся регенерации в случае ее естественной убыли в цикле изготовления отливки и засорения отработавшей стержневой смесью, с добавкой примерно 1-2% от исходной массы ПГС, в каждом цикле оборота смеси участвует большой её объём, поэтому утилизации на специальных отвалах подлежит довольно значительное количество смеси. 

Для выполнения финишных операций по очистке отливки также расходуется  большое количество электроэнергии. Кроме того, во время этих операций (также как и на этапе выбивки отливки из формы)  выделяется большое количество пыли, поэтому в очистных отделениях также следует предусматривать местную вытяжку на каждом рабочем месте и оборудовании.

Электроэнергия в литейных цехах расходуется на технологические цели (на плавку и термообработку), силовые установки (на электроприводы силовых установок) и освещение. Вода в литейных цехах используется для охлаждения отливок, охлаждения плавильных агрегатов, увлажнения формовочной смеси, гидроочистки отливок и др. Топливо и пар в виде газа, мазута, кокса, в литейном цехе используется для подогрева и сушки ПГС, ковшей, отопления и вентиляции помещений и других целей.

При изготовлении 1 тонны литья  в песчано-глинистые формы образуется от 1 до 3 тонн отходов, включающих отработанную и неиспользованную смесь, шлаки, пыль, газы. Хотя основная часть отходов – это отработанные смеси и шлаки, наибольшую опасность представляют именно пыль и газы, в связи с трудностью их улавливания, обезвреживания и удаления. А их количество при производстве 1 т. отливок из стали или чугуна примерно составляет: пыли – 50 кг (оксиды металла, оксиды кремния, сажевые частицы), углеводородов – 1 кг, оксида углерода (II) – 250 кг, оксида серы (II) – 1,5-2 кг, кроме того выделяется ряд других вредных газов, таких как фенол, формальдегид, ацетон, бензол и др., общее количество которых хотя и невелико, однако представляет опасность из-за их токсичности. В традиционном литейном производстве основной источник токсичных веществ, выделяемых в атмосферу, — это связующие материалы и синтетические смолы, используемые при изготовлении стержней и форм. При заливке, вредные вещества выделяются в воздух производственного помещения, и его очистка представляется довольно сложным мероприятием.

Обеспыливание выбрасываемого из литейного  цеха воздуха производится с помощью  различного типа пылеосадительных устройств, различных по принципу действия и  эффективности, - пылеосадительных камер, аппаратов сухой инерционной  и мокрой очистки, тканевых и электрических фильтров.

Обезвреживание токсичных газов, отходящих от стержневых сушилок  и установок, производящих стержни  с использованием холоднотвердеющих  смесей, и в других процессах, основанных на применении синтетических  смол в составе формовочных и стержневых смесей, основано на химическом связывании вредных веществ, их адсорбции и абсорбции и т.п.

В основе литья по газифицируемым моделям (ЛГМ) лежит процесс получения  отливок путем заполнения жидким металлом вакуумируемой формы с  пенополистироловой моделью, которая под действием теплоты жидкого металла газифицируется. При этом модель замещается жидким металлом, который впоследствии кристаллизуется и затвердевает в вакуумируемой форме из несвязанного кварцевого песка. Вакуумирование формы обеспечивает эвакуацию образовавшихся газов за пределы формы (контейнера) через вакуумпровод в систему их очистки от вредных выбросов (окисление продуктов термодеструкции пенополистирола).

В технологии литья по газифицируемым моделям исключается: 
применение формовочных материалов (используется только свободный огнеупорный наполнитель), стержневых смесей, стержней. 
Достижение высокой точности и низкой шероховатости поверхности отливок позволяет снизить массу литых изделий на 15-30%, повысить коэффициент использования металла до уровня 0,85 - 0,95, что способствует снижению объёмов механической обработки отливок на 20-40% в сравнении с отливками, полученными в песчано-глинистые формы.

Технология включает операции изготовления, сборки, окраски пенополистироловых моделей, формовки, заливки, удаления отливок, охлаждения и регенерации формовочных материалов.

Образующиеся вредные газы через  вакуумную систему поступают  в установку термокаталитического дожига, что обеспечивает их обезвреживание со степенью 98% и в окончательном  виде в атмосферу выделяется газовая смесь до 85% N2, 5%O2, 10% CO2, а содержание углеводородной составляющей образуется менее 0,001%, что в 10-15 раз меньше предельно допустимых норм выбросов.

Применение процесса ЛГМ позволяет  исключить энергоёмкие, трудоёмкие, экологически-опасные процессы, такие как приготовление формовочных и стержневых смесей, изготовление из них традиционным способом форм и стержней, выбивку отливок и сократить обрубку и очистку отливок более чем на 50%.

Отсутствие традиционных форм и  стержней исключает применение формовочных и стержневых смесей, формовка состоит из засыпки модели песком с повторным его использованием на 95-97 %.

Для сравнения, при литье в песчаные формы со стрежнями расход формовочных 2500кг, стержневых материалов 500кг, бентонита 100 кг, связующих 120кг, покрытий 80 кг на тонну, а при применении метода литья по газифицируемым моделям расход кварцевого песка не превышает 50 кг, противопригарного покрытия 25 кг, полистирола 6 кг, а остальные материалы, присущие литью в песчаные формы, вовсе отсутствуют. Это позволяет сократить вредные выбросы пыли и газов в окружающую среду при производстве стального литья в 10 раз.

По сравнению с литьем в песчано-глинистые  формы выход годного литья  увеличивается: для чугунного –  на 50-85%, для стального – на 50-80%, для медных сплавов – на 60-70%,  для алюминиевых сплавов – на 65-80%. Это позволяет сократить расход шихтовых материалов и электроэнергии при плавке по сравнению с литьем в песчано-глинистые и металлические формы на 200-300 кг и 100-150 кВт/час соответственно. Одновременно сокращается расход электроэнергии за счёт исключения операций формовки, изготовления стержней, смесеприготовления, их транспортировки, сушки на 150-250 кВт/час.

 

Таблица 3.1 - Расход энергоносителей на 1 тонну годного литья по ЛГМ-технологии

 

Вид энергоносителя	расход на 1 тонну
Электроэнергия полная технологическая, кВт/час	1500 : 1800
Вода промышленная, м3	35
Пар, кг	240
Природный газ, нм3	5 : 7

 

Конкурентоспособность продукции  выпущенной по технологии ЛГМ существенно увеличивается за счёт снижения материальных и энергетических затрат.

 

 

Рисунок 3.2 - Расход материальных и энергетических ресурсов на изготовление одной тонны литья

Сущность процесса вакуум - пленочной формовки (ВПФ) заключается в использовании в качестве формовочного материала только чистого песка без связующих добавок. Геометрические формы отливок выдерживается за счёт применения вакуума, специальных опок, пленки, накладываемых на модели и формы. После удаления отливок из формы песок охлаждается на виброохлаждающих установках и поступает на повторное использование.

Пошаговая технология ВПФ:

1: Высокоточная модель с системой  вент-каналов устанавливается на  подмодельную плиту, к которой  подведен вакуум.

2: Нагретая полимерная пленка  накладывается на модель и  вакуум тянет пленку вниз, заставляя  ее плотно облегать все контуры  модели. Затем на пленку наносится  слой противопригарной краски.

3: Опока с вакуум-проводом ставится  на покрытую пленкой модель и наполняется мелким сухим песком без связующего. Далее посредством вибрации песок равномерно распределяется в опоке.

4: Песок выравнивается и формуется  литниковая воронка. Пластичная  пленка накладывается на контрлад  опоки, герметично закрывая форму. К опоке подключается вакуум, уплотняя песок в форме.

5: От модельной плиты отключается  вакуум и опока под вакуумом  снимается с модели.

6: Две половины формы (верхняя  и нижняя полуформы) собираются  и образуют единую, покрытую пластичной  пленкой полость формы. Вакуум поддерживается в опоке во время заливки расплавленного металла.

7: После заливки и охлаждения  металла от опоки отключается  вакуум. Песок без связующего  свободно высыпается, оставляя чистую  отливку с нулевым уклоном.

Преимущества вакуумно-пленочной формовки: получение заготовок высокой точности с минимальными припусками на механическую обработку; изготовление высококачественных заготовок с шероховатостью поверхности на уровне Rz 20-40 мкм; уменьшение толщины стенки в 1,2-1,3 раза, по сравнению с литьем в сухие песчано-глинистые формы; исключение операций смесеприготовления; сокращение расходов формовочных песков; снижение стоимости литья по сравнению с литьем в печано-глинистых формах на 16-20% за счёт высокого коэффициента использования металла, снижения энергетических затрат (до 60%); улучшение санитарно-гигиенических условий труда; минимальный экологический ущерб.

Технология ВПФ для сложных  отливок подразумевает изготовление  (в данном случае вручную в стержневые ящики) стержней по ХТС (литье в холоднотвердеющих смесях). С целью уменьшения выбросов в атмосферу вредных веществ смеси для стержней целесообразно изготавливать на основе жидкого стекла.

 

 

 

 

Таблица 3.2 - Сравнение технико–экономических  показателей с применением различных  технологий производства литой заготовки

 

N	Показатель	ПФ*	ХТС	ВПФ	ЛВМ	ЛГМ
1	Точность (max, класс)	6…7	5…6	6…7	4…5	3…4
2	Шероховатость (min, Ra)	10…16	6,3…10,0	3,2..6,3	3,2…5,0	3,2…6,3
3	Расход формовочных  материалов  энергоносителей	1 1	2…4 0,9…1,1	0,2…0,5 1,1…1,3	5…10 1,7…3,0	0,2…0,5 0,9…1,1
4	Трудоемкость	1	0,7…0,9	1,1…1,2	2,3…2,5	0,9…1,1
5	Стоимость модельной  оснастки	1			2…5	2…5**
6	Затраты на организацию  производства	1	1,1…1,2	1,1…1,2	1,5…3,0	0,8…1,0
7	Себестоимость отливок	1	1,2…1,3	1,1…1,2	2,5…4,0	1,1…1,6