Проектирование участка объемного упрочнения детали типа штамп в условиях «ГЗ СИиТО» на программу выпуска 2012 г

 

где m – масса детали,

      N – количество деталей в садке,

      a,b,c – размеры садки.

 

Эффективный характеристический размер X_эфф определяется по формуле:

 

 

Схема контейнера и схема  расположения деталей в контейнере приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема контейнера и схема расположения деталей  в контейнере.

 

Закалку проводят с температуры t_зак=880^OC ,  тогда Т_м^к=1153 К;  Т_м^н=293К, 

Температура в печи равна:  Т₀= Т_м^к+50=1203К

Определяем критерий Био по формуле:

 

в которой необходимо найти 2 неизвестные. Для этого найдём среднюю температуру поверхности садки в процессе нагрева (Т_ср). С учетом того, что зависимость Т(τ) нелинейная Т_ср найдём по формуле:

Т_ср = 2/3(Т_м^к+ Т_м^н) = 2/3(1153+293) = 963К = 690 ^оС

Найдём теплопроводность при температуре 690 ^оС:

λ⁶⁰⁰=37,1Вт/м˖К;   λ⁷⁰⁰=34,2 Вт/м˖К (табл.)   

тогда:

λ⁶⁹⁰=37,1-((37,1-34,2)/100)˖90=34,5 Вт/м˖К  

Рассчитаем суммарный  коэффициент теплоотдачи:

 

где  – коэффициент теплоотдачи излучением;

       – коэффициент теплоотдачи конвекцией.

Примем 

Найдём коэффициент теплоотдачи  излучением по формуле:

 

С_пр=ɛ_пр˖С₀

 

ɛ₁=0,79 – степень черноты металла

ɛ₂=0,59 – степень черноты кладки

 

С_пр=0,663˖5,7=3,779

 

Тогда суммарный коэффициент  теплоотдачи равен:

 

Найдём критерий Био:

 

Т.к. критерий био равен 0,28 что попадает в промежуточную область, то расчет ведём по формулам для теплотехнически массивных тел используя номограммы Будрина.

Найдём температурный  критерий:

 

 

Находим критерий Фурье по номограммам Будрина: F₀=7.5 (для центра)

 

 

Определяем время нагрева по формуле:

 

где а - среднее значение коэффициента температуропроводности.

 

а⁶⁰⁰=6,39˖10^-6  м²/с;   а⁷⁰⁰=5˖10^-6  м²/с.   (табл.)

 

 

тогда:

 

 

Примем время выдержки 1ч, тогда время пребывания садки в печи равно       T_в=4ч 35мин = 275мин.

Определяем темп толкания:  T_т=Т_в/n^* , где n^* = n.  N- количество поддонов в печи (загрузка по1 поддону).

Т_т=275/1=275 мин =4,35ч.

Производительность агрегата определяем по формуле:

Q=N_с/Т_т,

  где N_c – вес деталей (без учета веса поддонов) в 1 загрузке.

Q = 1˖360/ 4,35 = 82.7 кг/ч.

 

2. Расчет количества оборудования

 

Определяем требуемое  количество оборудования. Для этого  определяем суммарное количество агрегато-часов по рассчитываемому оборудованию. Берем программу запуска (кг) и делим на производительность агрегата.

 

Определяем расчетное  количество оборудования по формуле:

 

где Ф_д – действительный годовой фонд работы оборудования.

 

 Ф_д определяем по формуле:

 

где  К – коэффициент, К = 0,6 при данном режиме работы;

       Ф_н – время, в течении которого оборудование может работать при заданном режиме.

Ф_н определяем по формуле:

 

где К – число дней в году, К=365;

      П – число праздничных дней в году, П=8;

      В – количество  выходных дней в году, В=104;

      С_м – число смен;

      Д – длительность  смены.

Ф_н = (365-8-104)˖3˖8 = 6072ч.

 

Ф_д = 6072˖0,9 = 5464,8ч.

 

 

 

Принимаем количество оборудования  N_пр=1.

Рассчитываем коэффициент  загрузки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

 

Под технологическим процессом  понимают совокупность операций, связанных  с изменением структуры детали путем  нагрева, выдержки, охлаждения, с целью  получения требуемых свойств.

При разработке тех. процесса ТО необходимо выбирать наиболее целесообразный тепловой режим нагрева и охлаждения изделий, а также правильно подбирать  среду, взаимодействующую с поверхностью изделия. В большинстве случаев  наиболее длительными являются операции нагрева, поэтому их продолжительность  часто предопределяет производительность и количество необходимого основного  оборудования: печей и нагревательных устройств. Увеличение скорости нагрева  существенно повышает производительность оборудования, снижает себестоимость  продукции и в ряде случаев  улучшает механические свойства обрабатываемых изделий.

Схема технологического процесса (закалка штампа из стали 5ХНМ) представлена на рисунке 2:

 

 

Рисунок 2 - Вариант  технологического процесса (закалка).

 

 

 

 

Маршрутная технология представлена на рисунке 3:

Термическая  обр-ка Мех.обр-ка	Отжиг	Закалка	Отпуск	ХТО
Отливка
Отрезка
Механическая обработка
Получерновая механическая обработка
Чистовая механическая обработка

Рисунок   3- Маршрутная технология.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разрабатываем технологическую  карту термической обработки  в камерной печи

 

Таблица 6 – Технологическая карта термической обработки в камерной печи

№ опера-ции	Наименование операции	Оборудование	Транс порт	Параметры	Контроль	Примечание
01	Транспортирование	Кран-балка  электрическая Q=5т	-	-	-	Подать  штамп с участка складирова-ния к печи
02	Контроль	Контрольно-измерительный  инструмент	Вручную	-	Наличие загряз. поверхностей, трещин, волосовин и щтампов. дефектов Проверить соответствие поступивших  поковок чертежу	3% от операционной партии При наличии дефектов или  несоответ  ствий чертежу, вернуть партию на участок-отправитель
03	Загрузка	Кран-балка  электрическая Q=5т, загрузочный стол	Произво дить загрузку вручную или при помощи кран-балки	-	штамп не должны выступать за габариты корзины.	Опустить стол в крайнее нижн. полож. загрузить поковки, поднять стол в исх.полож. нажать контрольную кнопку загрузки.
04	Нагрев под закалку	Печь  камерная СРО-6.3.3/10	-	В соотв. с КТИ	Т= ̊С	Все операции выполняют-ся автома-тически
05	Транспортирование	На роликах	-	-	-	Все операции выполняют-ся автома-тически
06	Закалка	Бак закалочный	-	В соотв. с КТИ	T=20…30 ̊С	С помощью кран-балки
07	Транспортирование	Кран-балка  электрическая Q=5т	-	-	-	-
08	Высокий отпуск	Печь для отпуска СНО-6.3.3/10	-	В соотв. с КТИ	Т= ̊С	-
09	Перемещение, выгрузка	В РУЧНУЮ	-	-	-	-
01	Транспортирование	Кран-балка  электрическая Q=5т	-	-	-	-
10	Очистка	Участок очистки	Кран-балка  электрическая Q=5т	Произвести  очистку согласно указаниям в  КТИ	-	-
01	Транспортирование	Кран мостовой Q=5т	-	-	Не допускается транспортировка  тары с поковками, выступающи ми за её габариты	Подать термообработанные поковки на участок готовой продукции

 

 

 

 

 

 

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДИ ЦЕХА И РАЗРАБОТКА ПЛАНИРОВКИ

 

Определяем производственную и вспомогательную площадь, необходимую  для разработки планировки.

Производственной площадью называется площадь отделений и  участков, непосредственно предназначенных, для осуществления технологических  процессов и включает площади, занимаемые, площади хранения изделий до и  после ТО, а также площади занимаемые тележками и конвейерами.

По таблице определяем площадь, приходящуюся на еденицу оборудования, и заносим в графу 9. S^’_об=80 м².

Площадь для камерной отпускной  печи:

S^’_об2=80 м².

Определяется суммарная  площадь, занимаемая оборудованием:

S_об= N_пр∙ S^’_об=2∙80=160 м².

Площадь для камерной отпускной  печи:

Определяется общая суммарная  площадь:

S^’_общ = (1,25..1,35)˖ S_об=1,35∙160=216 м²

 

По таблице выбираются нормы выпуска продукции с 1 м² общей площади s_q с учётом кратности нагрева и заносятся в графу 12.

Расчитывается общая площадь: S^’_об = A/S_q=408,54*2/5=163,416 м²

Площадь складского помещения  и участка очистки: П=31,54 м²

Общая площадь: S_y = S^’_общ+П=216+31,54=250,5 м². Принимаем S_y=288 м²

(ширина здания 12 м, длина  24м).

Все полученные данные сводим в таблицу 7:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 7 - Определение площади участка

Наим. оборуд	Наим ТО	Год. прогр., тонн	Произв., кг/час	ФД, час	Кол-во оборуд.		Кз, %	Определение площади					Площ. склад. помещ. П, м2	Sy, м2
					Nрас	Nпр		Норма на ед. оборуд. (1вариант)			По нормам вып. прод. с    1 м2 (2вариант)
								S’об,об2, м2	Sоб, м2	S’общ, м2	Норма пл. sq, т/м2	Общ. площ. S, м2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
СРО-6.3.3/10	Закалка	408,54	82,7	5464,8	0,9	1	0,9	80, 80	160	216	5	163,416	31,54	288

 

 

 

В таблице 8 представлены позиции оборудования и оснастки, находящиеся на участке.

 

Таблица 8 – Список единиц оборудования и оснастки

№ позиции на схеме  планировки	Наименование составных  частей и узлов агрегата
1 2 3 4 5	Камерная печь для нагрева  под закалку Печь для высокого отпуска Закалочный бак Загрузочный стол Кран-балка электрическая

 

 

 

6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ

1. Сравнительный расчет потерь тепла теплопроводностью через футеровку печи.

 

- температура внутренней  поверхности стенки 880 °С,

- температура окружающей  среды 20°С.

Вариант 1

Стенка состоит из 2-хслоев:

 шамот тяжеловес класса А – 230мм;

 диатомитовый кирпич – 230мм;

Вариант 2

Стенка состоит из 3-хслоев:

шамот тяжеловес класса А – 230мм;

диатомитовый кирпич – 230мм;

минеральная вата – 40мм.

Определение теплового потока через футеровку по варианту 1:

Распределение температур показано на рисунке 4:

  

       t₁

  q        t₂

                          

                                                                                t₄                  

                                                                                         t₃    

            

   δ₁     δ₂ 

 

Рисунок  4 - Распределение температур по сечению кладки (δ₁=δ₂=230мм).

 

λ₁ = 0,7+0,00064t;   λ₂ = 0,116+0,00015t;                   

t₁ = 930°С;  t₄ = 20°С;    Примем t₃= 70°С.

 

 

где  a - коэффициент теплопередачи, 

 l - коэффициент теплопроводности,

т.к. λ зависит от температуры, то необходимо брать среднее значение теплопроводности для каждого слоя, для каждого слоя, для этого  необходимо знать температуры на границах слоев t₂, t₃ и t₄ .