Технологический маршрут термообработки штампа нижнего

3. Выбор оборудования  для тепловой обработки.

    Технологическим (термическим) оборудованием называют орудия производства. В которых выполняется определенная часть технического процесса, размещаются обрабатываемые изделия, средства воздействия на них, а при необходимости и источники энергии.

    Термическое оборудование является основным фактором процесса термообработки, оно определяет все остальные производственные факторы и технологические параметры, производительность и экономичность обработки. С помощью технологического оборудования обеспечиваются требуемая температура и нужный состав технологических сред, оно выполняет основные технологические функции по нагреву. Выдержке и охлаждению изделий. Вместе с тем это оборудование определяет способ выполнения термических операций, форму разделения труда, схему планировки рабочих мест, т.е. организационные функции.

    Печи  и нагревательные установки, относящиеся к основному оборудованию термических цехов, можно классифицировать по технологическому назначению, источнику тепловой энергии и использованию различных сред при нагреве.

    По  технологическому назначению печи и  нагревательные установки термических цехов группируются в зависимости от операций, для которых они предназначены (закалочные, отпускные, цементационные и т. д.). По источнику тепловой энергии печи и нагревательные установки подразделяются на печи, работающие на жидком или газообразном топливе, и электрические печи. Кроме того, печи можно различать по признаку использования различных сред при нагреве изделий. Согласно этому признаку, печи могут иметь в рабочем пространстве контролируемую атмосферу, например, можно создать в печи нейтральную или же науглероживающую атмосферу и т. д.

    К термическим печам предъявляют  следующие основные требования: простота конструкции и надежность в эксплуатации, получение высокого качества обработанных деталей, минимальное потребление  энергии, экономичная эксплуатация, выполнение требований экологического характера.

    Печи  должны иметь хорошую теплоизоляцию  наружного слоя футеровки. Кладка печи должна быть заключена в металлический  кожух. Температура кожуха во время  работы печи не должна превышать 50—60°С. Огнеупорные и теплоизоляционные материалы должны быть высокого качества. Огнеупорные кирпич и изделия должны быть плотными с наименьшим количеством пор, швы между кирпичами не должны пропускать газы и продукты сгорания. Условное обозначение материалов для футеровки печей показано на рисунке 7. Большое значение имеет также качество жаростойких и жаропрочных деталей печей. Некоторые детали печей должны быть стойки против газовой коррозии (радиационные трубы, детали рекуператоров и др.). Каждая печь должна иметь приборы для измерения и регулирования температуры, а при необходимости и записи ее и для регулирования давления газа и воздуха.

    Высокое качество деталей получается лишь при  строгом соблюдении заданного режима нагрева и охлаждения. Если в печь загружают сразу несколько деталей, то одинаковыми свойствами после термической обработки они обладают только в том случае, если условия их нагрева и охлаждения будут неизменными.

    Равномерный нагрев деталей, находящихся в различных  частях рабочего пространства печи, достигается применением вентиляторов, которые перемешивают атмосферу в печи. Применяют также экранирование источников тепловыделения, а сами источники (горелки, нагреватели и т. п.) располагают равномерно в печном пространстве.

    Для достижения равномерного охлаждения деталей, например при закалке, закалочные баки оборудуют устройствами, обеспечивающими интенсивную циркуляцию охлаждающей среды (воды, масла и т. п.) относительно всех закаливаемых деталей.

    Тип печи для термической обработки  выбирают с учетом ряда факторов. В первую очередь рассматривают весь перечень деталей, подвергаемых обработке. В зависимости от марки материала детали определяют максимальную и минимальную температуру печи. Выбор типа печи и степень механизации зависят от числа обрабатываемых деталей и их габаритных размеров.

    При выборе вида энергии для обогрева печей следует учитывать целый ряд конкретных технико-экономических параметров: возможность получения того или иного вида энергии, стоимость нагрева при использовании различных видов энергии, технологические особенности процесса термической обработки, масштабы производства и т.д. Так, сквозной обычный нагрев при термической обработке, особенно в условиях массового производства, проводят только в топливных и электрических печах. К преимуществам печей с электрическим нагревом относятся большая точность регулирования температуры, чем в газовых печах, обеспечение лучших условий труда, а к недостаткам — большая стоимость нагрева, сложность конструкции печи, большой расход дорогих и дефицитных материалов и комплектующих изделий (сплавы высокого омического сопротивления, кабельная продукция, специальная керамика и т.д.).

    При назначении нагревательного оборудования для термической обработки  руководствовались  следующими данными:

    1) назначение оборудования (печи или  агрегата), описание технологического процесса с указанием предыдущей и последующих операций;

    2) материал нагреваемых в печи  деталей;

    3) конфигурация, масса и основные  размеры нагреваемых деталей;

    4) требуемая кривая температурного  режима, т.е. скорость нагрева  до заданной температуры, время выдержки, скорость охлаждения, время отпуска и т.д.;

    5) характер загрузки и выдачи  деталей (штучная или массовая);

    6) желательная масса и габариты  единовременной загрузки печи;

    7) характер укладки деталей на  загрузочные приспособления (поддоны, подставки, корзины, этажерки и т.д.);

    8) предпочтительный вид энергии  для нагрева (газ, электричество);

    9) наличие воздушных или гидравлических  магистралей для питания механизмов  печи;

    10) схема транспортировки изделий,  характеристика грузоподъемных  устройств;

    11) прочие данные.

    К основным показателям характеристики печей относятся: габаритные размеры, размеры рабочего пространства, расход топлива в кг/ч или м³/ч для газовых печей, для электрических печей — номинальная мощность в кВт, число тепловых зон и их мощность, максимальная температура в °С, вес в т, производительность в кг/ч.

    Таким образом, после разработки технологического процесса приступаем к выбору термического оборудования.

    Исходные  данные для выбора термического оборудования:

1. Годовая программа выпуска деталей: 6000 шт/год;
2. Сменность работы оборудования: 2 смены;
3. Характер загрузки в печь: по 6 шт.;
4. Габариты и вес изделия: толщина 186 мм, диаметр 750 мм, 120 кг;
5. Температурный режим обработки: высокий отпуск – 700°С, закалка – 1000°С, 2-кратный отпуск – 270°С. Время, приходящееся на ТО одного валка, составляет 18 часов (5 часов на высокий отпуск, 6 часов 15 минут на закалку, 6 часов 45 минут на 2-кратный отпуск).

 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Расчет основных параметров печей.

Расчет  внешней конструкции  печи.

    Электрические камерные печи устанавливаются на бетонный пол.

    Под печей. В термических печах под подвергается температурным и механическим воздействиям, поэтому для изготовления для изготовления пода применяется огнеупорный кирпич, чаще всего шамотный.

1. Стены печей. Для кладки стен используют нормальный и легковесный шамотный кирпич. Толщина стен обычно принимается в полтора-два кирпича. Это означает следующее: обыкновенный, нормальный кирпич имеет размер 230×115×65 мм, и если толщина кладки 230 мм, то она считается равной одному кирпичу, если 230 + 115 = 345 мм, то полутора кирпичам, а 230 + 230 = 460 мм – двум кирпичам.

    Чтобы посчитать толщину стен, нам необходимо знать высоту печи. Обычно шамотный кирпич занимает по толщине стены  от половины до полутора кирпичей. У нашей печи высота будет в пределах от 1 до 2,5 м, а значит, огнеупорный слой будет толщиной в один кирпич. Наружная часть стены, от  половины до одного кирпича, делается из теплоизоляционного материала. Для нашей печи возьмем диатомитовый кирпич. Толщину слоя примем в пол кирпича, так как рабочая температура у нас 950 ^оС. В итоге у нас получится, что толщина стен равна полутора кирпичам, а именно 345 мм.

2. Свод печей выкладывается также из огнеупорного кирпича и слоя изоляции. Для нашей печи, шириной до 3,5 м, толщина шамота будет составлять один кирпич. поверх шамотного слоя диатомитового кирпича или другого изолятора толщиной 70-140 мм.
3. Дверцы печей делают чугунными, с футеровкой изнутри огнеупорным шамотным кирпичом. Толщина футеровки 50-175 мм. Толщина чугунной дверцы 12-14 мм. Нижний борт дверцы делается толще на 6 мм, так как он подвергается ударам при ее опускании. Дверцы скользят по направляющим, которые в печах с температурой более 900 ^оС изготовляют из жаростойких сплавов.
4. Жаропрочные детали печей и арматура. К внутренним жаропрочным деталям печи относятся направляющие толкательных печей, поддоны, башмаки, валы, конвейерные ленты и детали конвейеров.

    Наружная  арматура печей представляет собой  крепление печей, состоящее из опорных  балок, стоек и связей.

    Расчет  внутренних размеров печи.

    Основными размерами рабочего пространства печей  являются длина, ширина и высота. Они  зависят от производительности печи, размеров и формы нагреваемых  изделий, их укладки и технологической  операции.

    Длина печей. Различают общую длину рабочего пространства печи L_общ и полезную длину печи L_полезн. Полезной длиной печи называется длина печи, занимаемая нагреваемыми изделиями. Общая длина печи больше полезной примерно на 0,2 – 0,3 м.

    

    В нашем случае все внутренние параметры печи выбираются исходя из размеров муфеля. Размеры муфеля определяем по сборочному чертежу. 

    В нашем случае расчет внутренних размеров печи производится исходя из выбранного муфеля. Так как печи типа СБЦ  комплектуются муфелями с внутренним диаметром 400 или 600 мм, то выберем в качестве внутреннего размера печи диаметр муфеля – 600 мм. Его длина (муфеля), следовательно, и длина рабочего пространства, будет равна 2010 мм. Отсюда следует, что L_полезн = 710 - 810 мм.

      Теперь рассчитаем габариты печи:

1. Ширина будет равна сумме ширин рабочего пространства,ширин обоих стен и ширины кладки между барабанами. В итоге она составит: 600∙2 + 345 + 345 + 160 = 2050 мм.
2. Высота складывается из суммы высоты рабочего пространства, а также высоты пода и свода печи. Высоту свода возьмем равной сумме толщине одного шамотного кирпича и толщине изоляционного слоя:  245 + 150 = 395 мм. Высота пода равна 345 мм. Отсюда следует, что высота составит: 600 + 345 + 395 = 1340 мм.
3. Длина печи (не включая толщину дверцы) определяется как сумма длины муфеля и толщины стены. В результате расчетов получим: 2010 + 345 = 2445 мм.

    В конечном итоге наша печь будет иметь  габариты: 2050×1340×2445 (Ш×В×Д). 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Расчет нагревательных элементов.

    атмосферы и условий работы печи. Наиболее широкое распространение в общепромышленных печах сопротивления получили металлические нагревательные элементы из сплавов с высоким омическим сопротивлением. Для изготовления металлических нагревателей в основном используют: а) никелехромовые сплавы (нихромы Х15Н60, Х20Н80Н и пр.), сплавы на никелевой основе, легированные алюминием (ХН70Ю); б)    хромоникелевые сплавы на основе железа (Х25Н20 и пр.); в) железохромоалюминиевые сплавы (0Х23Ю5А, 0Х27Ю5А);   г) тугоплавкие металлы (молибден, вольфрам и пр.).

     Для нагрева в барабанной печи сопротивления типа СБЦ используются проволочные нагреватели из сплава Х15Н60.