Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Основная часть. Термический цех

2. Технологическая часть

2.1. Выбор материала

2.2 Составление маршрутной технологии

2.3 Обоснование выбираемых технологических процессов

2.4 Определение расчетных норм времени обработки

2.5 Операционная карта технологического процесса

2.6 Контроль качества изделий

3. Расчет оборудование и проект участка

3.1 Выбор и технико-экономического обоснования основного и вспомогательного оборудование

3.2 Высокочастотный генератор, его краткое описание

3.3 Технические данные генератора

3.4 Закалка с индукционным нагревом ТВИ

3.5 Отпускная электропечь СШО -10. 20 /3

3.6 Подсчет статей расхода тепла в отпускной печи

3.7 Расчет потребных площадей

3.8 Планировка участка

3.9 Расчет потребности участка в электроэнергии, воде, паре, технологических материалах

4. Организация труда и управление цехом

4.1 Научная организация труда на рабочих местах и отдельных участках

5. Экономическая часть

5.1 Обоснование производственной программы

6. Автоматизация производства

7. Охрана труда и окружающей среды

Заключение

Список литературы

Спецификации

Введение

Коренным вопросом экономического преобразование нашей страны является кардинальное ускорение научно-технического прогресса. Предстоит осуществить новую техническую реконструкцию народного хозяйства и на этой основе преобразовать материально-техническую базу общества в качественно новом виде.

Это возможно лишь на базе новейших достижений науки и техники, перестройки хозяйственного механизма и системы управления.

Эффективность реконструкции, темпы экономического роста в решающей мере зависит от машиностроения. Именно в нем материализуется основополагающие научно-технические идеи, создаются новые орудие труда, системы машин, определяющие прогресс в других отраслях народного хозяйства. Здесь закладываются основы широкого выхода на принципиально новые ресурсосберегающие технологии, повышение производительности труда и качества продукции.

Перед машиностроительным комплексом поставлена задача - резко повысить, технико-экономический уровень и качество машин, оборудование, приборов. На обновление отрасли выделяются в 1,8 раза больше капиталовложений, чем предыдущие годы.

Основным направлением в развитии машиностроение и черной металлургии является коренное улучшение качества металлопродукции путем внедрения прогрессивных способов обработки металла повышением эффективности применение металла в народном хозяйстве. Значительным резервом улучшения качества и повышения механических характеристик металла, а также экономики в народном хозяйстве является применение высокоэффективной термообработки.

Наряду с выводом в эксплуатацию нового прогрессивного оборудования и модернизации существующих агрегатов термических цехов на многих заводах проводится механизация и автоматизация процессов термообработки, что, несомненно, облегчает труд термистов и повышает производительность труда.

Термообработка обладает широкими возможностями для придания материалом заданного количества свойств с ее помощью можно достичь уникальных свойств изделий.

Развитие термической обработки в настоящее время происходит в условиях острого дефицита энергии и запасов природных ресурсов. Поэтому усилия ученых направлены на создание качественно новых технологических процессов с малыми энергозатратами в целях экономики энергоресурсов, повышение производительности труда, качества продукции, степени автоматизации и механизации, а также охраны окружающей среды.

1. Основная часть. Термический цех

Развитие и рост отечественного машиностроения требуют непрерывного улучшения качества и надежности изделий. Важная роль в этой работе принадлежит термической обработке. Поэтому термический цех на заводе имеет большое значение для повышения физико-химических свойств деталей трактора.

В термическом цехе проводятся следующие виды термической обработки:

закалка объемная;

закалка ТВИ;

отпуск;

отжиг;

цементация и др.

Закалку проводят для получения высокой твердости и прочности. Отпуск - для устранения внутренних напряжений и повышения пластичности. Полный отжиг обеспечивает устранение остаточных напряжений в стали. Неполный отжиг применяется для снятия остаточных напряжений в доэфектойдных сталях.

Диффузионному отжигу подвергаются сметки и крупные стальные отливки с целью устранения дендритной с мелкозернистой ликвации.

В цехе используются такие виды оборудования, как электропечи, камерные, шахтные закалочные, отпускные и цементационные (Li - 105), соляные ванны (С-100), конвейерный агрегат СК 3 7/7, толкательный агрегат СТЗ 6. 35.4, печи на газовом топливе: камерные и шахтные; установки ТВИ.

В цехе применяются прогрессивные технологические методы термического производства.

термообработка в безокислительной среде;

ХТО в контролируемой атмосфере;

поверхностная обработка ТВИ.

Годовой выпуск продукции, проходящей термообработку, составляет

1540 т. Себестоимость одной тонны продукции - 81,0 рублей. Производственная площадь термического цеха 2288 м², общая площадь 4942 м².

Оборудование используется в три смены. Состав работающих 146 человек, из них 52 основных рабочих. Средний разряд рабочих - IV. Среднемесячная зарплата одного работающего с фондом материального поощрения составляет 42250 рублей.

В цехе имеются подъёмно-транспортное оборудование, такие как кран мостовой, электрический кран-балка, тележка с цепной тягой, очистное оборудование дробомётный стол.

В цехе применяются следующие вспомогательные материалы.

масло ИС -20 для закалки легированных сталей;

стальная дробь - для очистки деталей от окалины;

соль поваренная, сода кальцинированная - для соляной ванны;

нитрат натрия - добавляется в моечную машину;

проволока вздольная - для связки деталей;

Годовая программа рассчитана на обработку деталей 50 тысячи тракторов.

2. Технологическая часть

2.1. Выбор материала

Правильный выбор материала и соответствующие методы термической обработки являются одним из главных предпосылок, гарантирующих достижение требуемых конструкционных свойств. Это особенно важно, когда на деталь действуют большие нагрузки.

Для правильного выбора марки материала, необходимо, ознакомится условиями работы деталей.

В качестве базовой детали для проектирования термического участка, принят валик блокирующего устройства.

Для нормальной работы механизма переключения передач, регулируется положение блокирующего валика, с тем, чтобы перемещение факторов в вех осуществлялась только при полностью выключенной муфте - сцепления.

Регулировка механизма блокировки осуществляется изменением тяги, соединяющий педаль с блокирующим валиком, свинчивая и завинчивая вилку.

Анализируя условия работы, необходимо подобрать такую сталь, которая обладала бы;

высокой сопротивляемостью износу;

высокой конструктивной прочностью;

хорошими техническими свойствами.

Механические свойства стали зависит от её структуры и состава. Легирование является, эффективным способом повышение механических характеристик стали.

Для изготовления валиков, работающих, в тяжелых условиях эксплуатации рекомендуются улучшаемые стали марок 40,45,45х.

Они удовлетворяют всем условиям, предъявляемым для обеспечения работоспособности валика.

Рассмотрим рекомендуемые режимы термообработки и механические свойства этих сталей.

Таблица 1.1.

Механические свойства

Марка стали	Ст МПа	уl, МПа	у %	Ш %	Кс V, МДж /м2
45Х	830-850	1020-1050	7-10	41-45	0,45-0,5

При выборе материала для изготовления валика блокирующего устройства, необходимо иметь в виду, что углеродистая сталь прокаливается на небольшую глубину, поэтому при механической обработке может быть закаленный слой и улучшение стали будет бесполезным.

Таблица 1.2.

Химический состав

Марка стали	Содержание элементов в % (по массе)
	С	Н	Мn	Cr	Nа
45х	0,41-0,49	0,17-0,37	0,50-0,80	0,8-1,1	-

2.2 Составление маршрутной технологии

Важнейшим вопросом при разработке технологического процесса термической обработки деталей является установление технологического маршрута их изготовления.

Маршрутная технология изготовителя деталей типа валик блокирующего устройства, следующая:

Кузнечный цех № 20

Механический цех № 28

Термогальванический цех № 14

Механический цех № 28

Тракторосборочный цех.

В термическом цехе проводится предварительная термическая обработка валика - нормализация.

Окончательная термообработка с целью поверхностного упрочнения детали - закалка токами высокой частоты с последующим низким отпуском осуществляется на термическом участке термогальванического цеха.

2.3 Обоснование выбираемых технологических процессов

Закалка при индукционном нагреве имеет ряд преимуществ по сравнению с обработкой при обычном нагреве.

При её использовании улучшается качество изделии (уменьшается деформация, практически полностью устраняется окисление и обезуглероживание) и значительно повышается производительность. Нагрев ТВИ осуществляется за счет теплого воздействия тока, индуктируемого в детали, которую помещают в переменное магнитное поле.

Для полученного слоя, толщиной 1,0 мм оптимальная частота тока составляет примерно 60000 Гц. С повышением температуры, глубина проникновение тока увеличивается и достигает максимального значения при температуре выше точки Кюри (760⁰С), вследствие перехода стали из ферромагнитного в парамагнитное состояние. Вместе с тем, происходит уменьшение скорости нагрева при переходе через точку Кюри.

При температурах ниже этой точки, сталь нагревается быстрее, а выше процесс нагрева замедляется, что следует учитывать назначении режима нагрева.

ТВИ получают с помощью машинных (до 10000 Гц) или ламповых (свыше 10000 Гц) генераторов. Скорость нагрева токами высокой частоты, во много раз превышают скорость нагрева в печи. Поэтому превращение перлита в аустенит сдвигается в области более высоких температур. Чем больше скорость нагрева в области фразовых превращений, тем выше должна быть температура закалки для получения оптимальной структуры и максимальной твердости.

Так, например, при печном нагреве температуры закалки стали содержащей 0,4⁰С, составляет 840-860⁰С. При нагреве ТВИ со скоростью 250 град/С 880-920⁰С, а при скорости нагрева 500 град/С-960-1020⁰С. Несмотря на более высокие температуры закалки при нагреве ТВИ, действительный размер зерна аустенита меньше, чем при обычной закалке. Это объясняется высокой скоростью нагрева и отсутствием выдержки при температуре нагрева.

После индукционной закалки микроструктура, структура закаленного слоя - мартенсит и феррит, а сердцевина имеет сходную структуру.

После закалки с нагревом ТВИ стали подергают низкому отпуску при 160-180⁰С. Сталь после закалки высокой частоты обладает большой твердостью, чем после обычной закалки. Например, сталь содержащая 0,4% С, после обычной закалки имеет твердость 54-56 MRC, а после закалки ТВИ 56-58 МRC. При этом одновременно повышается предел усталости.

Перед закалкой ТВИ детали подвергают предварительной термообработке - нормализации или улучшению. Существуют три способа закалки с индукционным нагревом:

Одновременный нагрев охлаждение всей поверхности. Этот метод применяют для деталей, имеющих небольшую поверхность.

Последовательный нагрев и охлаждение отдельных участков. Оно состоит в том, что обрабатываемые поверхность детали нагревается и охлаждается по частям. Такому способу термообработки подвергается шейки коленчатого вала.

Непрерывно - последовательный нагрев и охлаждение. При этом способе деталь вращается вокруг собственной оси и перемещается (сверху в низ) относительно не подвижного индуктора (спейера) и охлаждающего устройства. Иногда наоборот, индуктор перемещается относительно вращающейся детали. Скорость передвижения детали для получения слоя глубиной 1-10 мм при ѓ = 500-100000 Гц составляет 03-30 см/с.

Этот способ закалки применяют для упрочнения валов, осей, шпилек и других длинных деталей.

Выполняя индукционную закалку необходимо учитывать эффект близости, который проявляется в том, что при протекании токов в разных направлениях по двум проводникам, наибольшая плотность тока будет в технологических участках проводников, которые ближе расположены друг другу. Неодинаковая плотность тока по сечению приведет к неравномерному нагреву поверхности детали. Поэтому, для получения равномерной толщины закаленного слоя, расстояние от индуктора до деталей должно быть одинаковым и деталь должна вращаться.

Таким образом, особенностями поверхностной индукционной закалки является:

глубина закалки примерно равна глубине нагрева до над критических температур;

глубины слой изделия в процессе индукционной закалки нагревается ниже критических температур и поэтому не упрочняется при охлаждения;

применяемая сталь прокаливается, как правило, на глубину большую, чем необходимая глубина поверхностной закалки.

концентрация тепловой энергии в зоне нагрева относительно велика, удельная мощность обычно лежит в пределах - квт/м², что определяет высокую скорость нагрева (от 30 до 300 град/С) и большие мощности индукционных установок.

Широкое применение получения способ поверхностной индукционной закалки при глубинном нагреве. Особенности этого нагрева (способа) состоит в следующем:

глубина нагрева до критических температур должны быть большей, чем требуемая глубина закалки;

при глубинном нагреве некоторые элементы деталей нагреваются насквозь (например, зубья шестерен).

Применяемая сталь способна прокаливаться на меньшую глубину, чем глубина нагрева, поэтому глубина закалки на мартенсит определяется не глубиной нагрева, а прокаливаемостью применяемой стали.

2.4 Определение расчетных норм времени обработки

Расчет нагрева ТВИ ведется в двух этапах:

Этап от 20⁰С до точки Кюри (770⁰С);

Этап от точки Кюри до 900⁰С, так как конечная температура Т_зак = 900⁰С.

Удельная мощность q= 10⁷ Вт/м².

л = 42 Вт /( м. град) - коэффициент теплопроводности;

Ь = 0,9 х 10^-5 м²/сек - коэффициент температуропроводности;

Частота тока, которая обеспечивает горячую глубину проникновения.

I этап от 20⁰С до 770⁰С х = 0

Продолжительность нагрева поверхности изделия:

где - изменение температуры.

Методом последовательных приближений с помощью формулы.

рассчитаем продолжительность нагрева.

На расстояние 2 мм задаемся временю ф = 2т 1 сек.

Продолжительность первого этапа 2,1 сек. Продолжительность второго этапа нагрева 770⁰С до 900⁰С, считаем методом приближения, задаем время нагрева поверхности изделия 0,2 секунд, тогда:

150 + 750 = 900⁰С ф = 0,2 сек.

Задаемся продолжительностью нагрева ф = 0,35. Получаем на расстоянии 1 мм V = 150⁰С. На глубине 1 мм от поверхности полное время нагрева:

2,1 + 0,35 = 2,45 сек. ? 3 сек.

Расчет времени нагрева при отпуске

Время нагрева при низком отпуске определяется по формуле:

ф_{м =} 1 час 20 мин.

Время выдержки при низком отпуске:

ф_в - 2 часа + 1 мин. на 1 мм условной толщины = 2 ч. + 1,15 = 2 час. 15 мин.

1 мм усл. толщ =

Скорость охлаждения на воздухе выбираем 3^а С в минуту, тогда

2.5 Операционная карта технологического процесса

№ операции	Наименование и содержание операции	Оборудование	Среда	ТоС
1	2	3	4	5
001	Транспортирование Транспортирование детали на рабочее место с перемещением до 25 м.	Кран -балки Q = 3,2 т
005	Закалка поверхностная Установить индуктор Установить время и параметры нагрева Установить деталь в индуктор. Включить вращение перемещение и нагрев детали. Отключение - автоматическое Сдать первую закаленную деталь в коллектор БТК.	Установка закалочная И 32-100/8 № 1 Механизм перемещения 0441-005-01	водно-полимерный раствор ПК-2 (поликриклит или полиакриловая кислота)	900±20
005-1	Закалка поверхностная	Установка закалочная И 32-100/8 № 2	Та же
010	Промывка	Машина моечная А-323	Раствор сульфатно-спиртовый	80±90
015	Отпуск Загрузить корзину с деталями в печь Нагреть и выдержать детали в печи. Выгрузить детали из печи и охладить	Печь отпускная СшЗ - 10.ЭС/	Воздух горячий	190±10
020	Правка 1. Проявить детали	Пресс
025	Зачистка Зачистить для твердости на глубину 0,1 мм не более 5% от партии	Деталь ручная ЭП 10/20 ИП 10/20
030	Приемочный контроль	ГОСТ 23667-79
030-1	Приемочный контроль	Твердомер ТБ ГОСТ 23667-74
031	Транспортирование на

2.6 Контроль качества изделий

После окончательной термической обработки стали подвергаются контролю согласно техническим условиям и нормам контроля. При этом, основными критериями, по которым оцениваются результаты термической обработки, являются твердость, глубина закаленного слоя и отсутствие деформации, окалины, трещины и других дефектов.

Твердость замеряется на приборах Бринелля или реквелла. Детали с недостаточной твердостью вновь подвергаются термообработке. После проверки в БТК (бюро технического контроля) годные детали пропускаются в производства. Величина прогиба определяется калибром. Твердость поверхности HRC+

На поверхности деталей не допускается окалина, трещина, другие дефекты.

операционная карта контроль генератор

3. Расчет оборудование и проект участка

3.1 Выбор и технико-экономического обоснования основного и вспомогательного оборудование

Для того, чтобы рассчитать необходимое следует уточнить годовую программу изделия. На Ташкентском тракторном заводе количество валика блокирующего устройства, подвергаемого поверхностной закалке, в 1990 году составило 32000 штук с учетом запасных частей. В дипломном проекте требуется разработать технологически процесс термической обработки этой детали с превышением годовой программы на 10%, следовательно, годовая программа производства валика составит 32000 шт. Расчет потребного количества оборудования начинается с определения часовой производительности генератора с установкой ТВИ:

-для лампового генератора № 60

-для машинного генератора № 70 кг/час.

Объем выпуска детали, в кг.

А = 352200 х 0,703 = 24745,6 кг.

Определим потребное количество генератора часов.

Е = А/N;

где А- часовая программа выпуска деталей;

N- часовая производительность

Действительный фонд времени работы оборудования на тракторном заводе для генератора при трехсменной работе F_д = 4850 час.

Определим расчетное количество оборудования:

Принимаем два генератора

Расчет коэффициента загрузки оборудования:

С учетом времени отстоя на ремонт, а также наличия других термообрабатываемых деталей выбранное количество ламповых генераторов вполне удовлетворяет нашим требованиям.

Расчет потребного количества отпускной печи.

Годовая программа - Q = 24745,6 кг.

Производительность отпускной печи.

N_опт = 360 кг/час.

Количество печи часов:

Определено потребное количество печей:



где Fд - действительный годовой фонд работы оборудование

Fg = (К-В-П) х С х t, где

К- количества календарных дней в году;

В- количество выходных дней;

П- количество праздничных дней;

С - число смен;

t = производительность смены, час.

Fд = (365-52-14) х 3 х 7 х 0,8 = 4850

Принимаем две отпускные печи.

3.2 Высокочастотный генератор, его краткое описание

Высокочастотный генератор типа ВИГ - 1-60 предназначен для питания технологических устройств индукционного нагрева деталей машин и инструмента при различных технологических операциях. Генератор предназначен для эксплуатации в условиях, нормированных по ГОСТ 15150-69. Температура окружающего воздуха от 10⁰С. Высота над уровнем море не более 1000 м.

Вода, применяемая для охлаждения генератора должна удовлетворять, следующим требованием:

- температура от 5 до 30⁰С.

- давление - 2±0,5 кгс /см² (0,2±0,05 МПА)

Для охлаждения генераторной лампы удельное электрическое сопротивление воды должна быть не менее 20 0м. см.

Для охлаждения остальных элементов генератора удельное электросопротивление воды должна быть не менее 4000 ом-см при общей жесткости не более 8,5 мг экв/л

Если имеющаяся на предприятии вода не удовлетворяет этим условиям, то необходимо использовать замкнутую систему охлаждения, которая должна быть выполнена из труб, неккорозирую-

3.3 Технические данные генератора

Генератор конструктивно выполнен в виде двух металлических шкафов: генераторного блока и блока контуров.

Генераторный блок представляет собой стальной шкаф с дверью, для отпуска к аппаратуре, расположенной внутри. Слева от двери расположен анодный трансформатор и выпрямитель, справа от двери расположена генераторная лампа с аппаратурой, обеспечивающей работу генератора.

На лицевой стороне шкафа (справа) расположены измерительные приборы и кнопки управления.

Блок контуров представляет собой алюминиевой шкаф, внутри которого расположены высокочастотный трансформатор, регулятор мощности и конденсаторные батареи анодного и нагревательных контуров. На лицевую сторону блока выведены рубки высокочастотного трансформатора (для подключения индуктора) и измерительный прибор-индикатор, для измерения напряжения на контуре.

Для доступа к аппаратуре, с расположенной внутри блока, имеются щиты.

Оба блока на месте монтажа устанавливается вплотную, слева генераторный, а справа - блок контуров.

Регулирование режимов генератора выполняется двумя штурвалами. Верхний штурвал регулятора мощности, нижним регулируется величина обратной связи. С генератором поставляется индуктора для пусконаладочных работ.

3.4 Закалка с индукционным нагревом ТВИ

Индукционный нагрев происходит вследствие теплого воздействия тока, индуктируемого в изделие, помещенное в переменное магнитное поле.

Если в зону этого тока поместить стальную деталь, то в ней будет возбуждаться той же частоты индуктированный ток, который в поверхностном слое не вызывает нагрев этого слоя до высокой температуры.

Для нагрева изделия устанавливают в индуктор, представляющей собой один или несколько витков пустотелой, водо-охлаждаемой медной трубки или щипы. Толщина стенок индуктора зависит от частоты генератора.

Для закалки валика на глубину 1….3 мм применяют ламповый генератор с частотой 66000 Гц. Индуктору придается форма соответствующим (охлаждением) конфигурации нагреваемой детали.

Закалка производится с последующим охлаждением с помощью спейера, которая располагается в самом индукторе. В индукторе имеется вторая полость, в которую со стороны нагреваемой детали

После нагрева детали вода автоматически поступает во вторую полость и нагревается, разбрызгивается под давлением.

В зависимости от применяемой частоты различают повышенную частоту (от 500 до 1000 Гц) и высокую (от 5000 до 1 м Гц).

Существуют следующие способы закалки индукционного нагрева ТВИ:

Одновременный нагрев и охлаждение всей поверхности. При этом способе весь участок поверхности, подлежащей закалке, нагревается одним или несколькими неподвижными индукторами, а затем охлаждается закалочной жидкостью.

Последовательный нагрев и охлаждение отдельных участков. Применяется для закалки коленчатых валов.

Непрерывно-последовательной нагрев и охлаждение. При этом способе нагреваемая деталь перемещается относительно индуктора; нагреваясь за время прохождения в его магнитном поле до температуры закалки, после чего охлаждается в спейерном устройстве.

При одновременном способе, меняя зазор h и ширину индуктирующего провода или применяя магнитопроводы, можно добиться требуемого распределения температуры даже при закалке тел сложной формы.

Ширина индуктирующего провода при нагреве всей детали или отдельного элемента берется примерно равным ширине нагреваемой зоне. Если данный участок тела нагревается, то ширина провода берется на 10-20% больше ширины участка, что называется компенсировать теплоотвод в соседние зоны и ослабление магнитного поле у краев индуктора. Индукторы для одновременного нагрева обычно не имеют постоянного охлаждение индуктирующего привода, толщина которого выбирается из нагрева до температуры свыше 250⁰С. Тепло, накопленное в индукторе, уносится закалочной жидкостью, подаваемой на закаливаемую поверхность через отверстия в индукторе.

Для большей равномерности нагрева и охлаждения цилиндрические детали вращают с частотой 30-100 об/мин. Если деталь неподвижная, то отверстие для подачи воды делают коническим, что способствует лучшему распределению струи. Разработан подачи воды в зазор между индуктором и деталью, часто используемый при закалке изделии из сталей, регламентируемой прокаливаемости, требующих особенно интенсивного охлаждения.

Иногда охлаждение осуществляется в специальном устройстве, куда изделие быстро переносится из индуктора. Этот способ охлаждения позволяется лучше использовать установку и 2-3 раза увеличить производительность. Индукторы для одновременного нагрева требуют большой точности изготовления, из-за большого влияния на качество закалки, непостоянство зазора, который составляет обычно 1-3 мм и достигает 5-6 мм для деталей больших размеров. Индукторы часто делаются одновинтиковыми.

3.5 Отпускная электропечь СШО - 10 20/3

Электропечь типа СШО - 10.20/3 применяется для массового отпуска стальных деталей и термообработки деталей из цветных и легких сплавов. Она рассчитана на длительную работу при температуре рабочего пространства до 350⁰С.

Рабочее пространство электропечи представляет собой цилиндрическую вертикально расположенную камеру - шахту, на боковой поверхности которой размещены нагревательные элементы.

В крышку, перекрываемую шахту электропечи, вмонтирован центробежный вентилятор, обеспечивающий равномерный нагрев деталей, проходящих термообработку.

Воздух прогоняется вентилятором в пространстве между стенкой шахты и ограждающим экраном и омывая нагревателей, поступает в корзину снизу. В рабочее пространство печи введена термопара, обеспечивающая возможность замера и регулирования температуры. Привод подъема крышки, перекрывающий шахту печи, пневматический от заводской сети давлением 4 атм сблокирован с крышкой электропечи и автоматический отключается при подъеме крышки с помощью конечного выключателя.

Подключение печи в сеть

Электропечь СШО- 10. 20/3 может быть подключена в трехфазную сеть напряжением 380В. Нагреватели соединяются в это случае по схеме “звезда”, а при 220В- по схеме “треугольник”.

Нагреватели соединяются кабельными жилами того же сечения, что и магистрали питающей сети. Всякое переключение нагревателя внутри печи категорически запрещаются.

Электродвигатель привода циркуляционного вентилятора мощностью 4,5 квт должен быть присоединен к сети 380/220 через магистральный пускатель.

Металлически кожух печи должен быть надежно заземлен, для чего необходимо приварить заземленную полосу к каркасу электропечи.

Установка термопары

Термопары вводится в камеру через отверстие в паковой стенке корпуса. Крепление термопары осуществляется путем намотки на защитную трубку асбестового шнура. С последующей затяжкой прижимной части и стопорного винта.

Осуществление отпуска в печи СШО - 10 20/3

Обрабатываемые изделия могут загружаться в печь в корзине или в специальных приспособлениях. Работать на печи тщательно нужно при автоматическом регулировании температуры, так как при ручном регулировании трудно поддерживать температуру в требуемых пределах.

Во избежание расшатывания кладки при опускании корзины в печь, необходимо избежать ударов об внутреннее ограждение. При опускании крышки на шахту, необходимо следить, чтобы она плотно опдала в песок затвора следить за уровнем песка в желобе.

При работе на печи запрещаются:

поднимать температуры в камере выше 350⁰С;

загружать детали засыпного типа в камеру;

загружать изделия в печь весом свыше 1000 кг, а также загружать выше верхнего края корзины.

загружать в него загрязненные, мокрые и не промытые от масла и мазута детали;

подолгу держать шахту печи открытой;

производить резкое охлаждение печи при температуре выше 250⁰С;

категорически запрещается работать на печи при выключенном вентиляторе.

3.6 Подсчет статей расхода тепла в отпускной печи

I. Перерасход тепла в рабочее пространство печи. Тепло, образующееся при превращении электрической энергии в тепловую:

Q_х = Q = Р = 360 кВт

где Р - мощность печи, равная 360 кВт.

II. Расход тепла в пространстве печи. Получаем тепло, расходуемое на нагрев материала (полезное тепло):

где G - производительность печи

С - средняя теплоемкость материала в интервале температур

Потери тепла теплопроводностью через печи определяем по формуле:

где: T_кл - температура кладки печи, ^оС

t_оср - температура окружающей среды

S_ш и S_д - толщина слоев, соответственно шамота и диамита, [м]

л_ш и _лд - коэффициенты теплопроводности шамота и диамита

б - коэффициент теплоотдачи конвекцией от наружной поверхности кладки в окружающую среду, б = 11,63 Вт/м^оС

F_нар. - наружная поверхность кладки печи, F_нар. = 0,36 м².

Коэффициент теплопроводности шамота

л_ш = 0,698 + 0,64 • 10^-3 - t_ш; t_ш = 343^оС

л_ш = 0,698 + 0,64 • 10^-3 • 343 = 0,92

диамита:

л_д = 0,145 + 0,314 • 10^-3 - t_д; t_д = 93^оС

л_д = 0,18

отсюда

Потери на тепловые короткие замыкания принимает равным 70% от потерь через кладку.

Q_тд = 46,29 • 0,7 = 32,40 Вт

Общий расход тепла в печи:

Q_общ = 11738,7 + 46,29 + 32,4 = 11817,39 Вт

Мощность печи: Р = 11817,39 • 0,8 = 0,453,9 Вт

Коэффициент полезного действия печи:

3.7. Расчет потребных площадей

Для расчета потребных площадей принимаем расстояние от стен участка до оборудования 1,5-3 метра. Расстояния между отпускными печами и установками ТВИ 2-3 метра, прибавляя к нему ширину подъездных дорог 3 метра. Норму площади на одну печь рекомендуется принимать 30-50м². Так как на участке установлению четыре единицы оборудования, то произведенная площадь будет равна:

50 х 4 = 200 м²

Вспомогательная площадь составляет 30% от производственной. В состав его входят склады поступающих на обработку деталей, склады вспомогательных материалов, приспособлений, инструментов:

200 х 0,3 = 50 м²

Проходы и проезды составляют 30% от производственной площади:

200 х 0,3 = 50 м²

Общая площадь участка

200 + 60 + 60 = 320 м²

Высоту здания принимаем равным 10 метров. Тогда стоимость здания (1 м² - 12 руб.) равен 38400 рублям.

3.8 Планировка участка

Термический цех размещается в одноэтажном здании прямоугольной формы. В своем составе термические цеха имеют производственные участки, вспомогательные отделения (склады деталей, поступающих на термообработку, готовой продукции, приспособлении и т.д.), а также служебные и бытовые помещения.

Участок занимает 320 м². На нем находятся две отпускные печи и две установки ТВИ, которые расположенных по последовательности термообработки.

На участке имеется пункт технического контроля, где производится контроль твердости деталей на приборе Роквелла.

На участке предусматривается установка кран-балки с грузоподъемностью 3,2 тонн.

Из-за опасности производства (закалка ТВИ) участок огражден перегородкой от других участков.

3.9 Расчет потребности участка в электроэнергии, воде, паре, технологических материалах

Расход электроэнергии находится по формуле:

Э = N_д • F_д • К_д • К_л

где N_д - установленная мощность печей, кВт

F_д - действительный годовой фонд времени

К_д - использование печей по мощности

К_л - коэффициент загруженности оборудования в час

Э_о = 360 • 4850 • 0,81 • 1,1 = 1171566 кВт

Э_общ. = 1402038 кВт

Помимо расхода электроэнергии на нагрев в печах, необходимо учитывать расход электроэнергии на двигатели и на освещение участка.

Мощность двигателя - 9 кВт

Расход электроэнергии на освещение:

где F - освещаемая площадь

g - удельный коэффициент, вт/м²

z - число часов горение в году

h - коэффициент одновременного горения, для ночного зала 80%.

Расчет потребности воды:

- закалка 1,6-1,8 м³ на 1 тонну

- охлаждение генератора 2,1 м³/ч

- на бытовые нужды - на человека в смену 75 л.

4. Организация труда и управление цехом

Производственный участок возглавляет начальник участка - старший мастер, а руководителями смен назначаются сменный мастера.

Начальник производственного участка и сменные мастера подчиняются непосредственно начальнику цеха. Сменные мастера, принимая смену, проверяют состояние оборудования, режимы термической обработки, знакомятся с данными цеховой лабораторией по проверке качества продукции в предыдущий смене и в случае необходимости фиксируют в журнале допущенные нарушения режимов термообработки и принятые им меры по их устранению.

Начальник участка и сменные мастера поддерживают тесную рабочую связь с технологом цеха, работниками ОТК и цеховой экспресс-лаборатории являющейся филиалом общезаводской металловедческой лаборатории.

Начальник участка и сменные мастера непосредственно руководят деятельностью рабочих.

4.1 Научная организация труда на рабочих местах и отдельных участках

Научная организация труда (НОТ) основывается на достижениях науки и передового опыта, позволяет наилучшим образом соединить технику и людей в единый производственный процесс, обеспечивает наиболее эффективное использование материальных и трудовых ресурсов, непрерывное повышение производительности труда, способствуют сохранению здоровья человека.

Научная организация труда предусматривает наиболее целесообразное расчленение трудового процесса на операции, правильную расстановку людей и заботу об улучшении их условии труда, и продуманное до мельчайших деталей оснащение рабочих мест всем необходимым, совершенствования и нормирования термических операций.

Необходимо рационально разделить труд среди рабочих. Рабочие более высокой квалификации должны быть освобождены от выполнения работ, не требующих больших знаний и навыков.

Организация труда проектируемого участка базируется на достижениях науки и техники. Применение наиболее рациональных видов оборудования, оснастки и инструментов, приемов и методов работы, использование прогрессивных, научно-обоснованных нормативов трудовых затрат и широкое применение передового опыта позволяет неуклонно повышать эффективность производства и улучшить качество работы на всех звеньях участка.

НОТ неразрывно связана с осуществлением комплекса мероприятий, обеспечивающих подготовку и систематическое повышение квалификации и развитие творческой активности рабочих.

При расстановке рабочих по рабочим местам необходимо учитывать следующие условия:

- сложные операции технологического процесса должны быть четко распределены между термистами соответствующей квалификации;

- за каждый термистом закрепляется определенное рабочее место (или участок рабочего места), за состояние которого они несут полную ответственность;

- качество и количество выполненной работы каждого термиста точно проверяется и учитывается.

Рациональная организация рабочего места является важнейшим условием высокопроизводительной работы. Рабочие места, на которых выделяются вредные газы, много тепла, а опасные в попарном отношении целесообразно располагать в изолированных помещениях, предпочтительно в кранных пролетах у наружной стены здания.

При организации рабочих мест термистов необходимо рационально использовать весь объем помещения, создать все удобства для работы.

5. Экономическая часть

5.1 Обоснование производственной программы

Таблица

Годовая производственная программа

Наименование детали	Вес детали, кг	Годовая программа
		шт.	кг
Валик блокирующего устройства	0,703	35200	24725,6

Подвергаемая термической обработке деталь - валик блокирующего устройства изготавливается из стали 45х. Режим термообработки детали продукта:

- закалка на установке ТВИ;

- низкий отпуск при 190^оС.

До поступления в термический участок деталь подвергается предварительной термообработке нормализации 840^оС с целью улучшения обрабатываемости стали при резании.

При такой термической обработке деталь получает такие вещества, как высокая сопротивляемость износу, высокая конструктивная прочность, высокое сопротивление усталости, а также твердость, в пределах 56-58 HRС.

Валик блокирующего устройства является одним из комплектующих изделий в механизме переключения передач. От него во многом зависят эксплуатационные свойства и технические показатели трактора.

В данном дипломном проекте предлагается при данном оборудовании программы годового выпуска, заменить закалочную среду, а также технологию процесса.

Применение новой закалочной среды обеспечивает снижение себестоимости термообработки за счет замены закалочной среды масло И20 на более дешевый и безвредный для человеческого организма полимером ПК-2.

Капитальные вложения на строительство и приобретение оборудования:

где n_oi- количество оборудования

U_oi - стоимость единицы оборудования, занятого выполнением i-той операции в рублях

К_о1 = 2 • 3000 = 6000 руб.

К_о2 = 2 • 7200 = 14400 руб.

К_общ = К_о1 + К_о2 = 20400 руб.

Сумма амортизационных отчислений определяется по формуле:

где К_о - капиталовложения

N_а - норма амортизационных отчислений, % N_а = 18%

Расход электрической энергии:

где: Q - годовой объем производства

R_тi - расход электроэнергии на 1 т обрабатываемых деталей

Ц - цена электроэнергии

Затраты на текущий ремонт составляет 5% от первоначальной стоимости (затрат) на оборудование.

С_р = 10200 • 0,05 = 510 руб.

Определение годового фонда заработной платы:

При обработке деталей на установке ТВИ, численность может быть определена нормой обслуживания по следующей формуле:

N_яв = А • Н • С = 4 • 1 • 3 = 12 человек

Расчет ведем для термистов V разряда

здесь: А - число оборудования

Н - норма обслуживания

С - число смен.

Списочное количество основных рабочих находим по формуле:

где Т_к - число календарных дней

Т_эф - эффективный фонд рабочего времени, дни

Тарифную ставку рабочих V разряда находим из производственной часовой тарифной ставки и часовой производительности смены:

С_т = 0,754 • 8 = 6,032 руб.

Тарифный фонд определяем по формуле:

Ф_т = N_сп • Т_эф • С_т

где N - списочная ставка, руб.

С_т - тарифная ставка, руб.

Ф_т = 15 • 280 • 6,032 = 25334,4 руб.

Фонд праздников рассчитывается по формуле:

Ф_п = Т_пр • N_яв • С_т

где Т_пр - время праздников, дни

Ф_п - 8 • 12 • 6,032 = 579,072 руб.

Фонд ночных:

Ф_н = Д_н • Ф_т

где Д_н - доплата за ночные смены в % от тарифного разряда

Д_н = 20 t_н / t_р

где t_н - продолжительность работы в ночное время;

t_р - общая продолжительность в течение суток;

20 - установленная для рабочих цветной и черной металлургии доплата за работу в ночные часы к тарифному заработку.

Фонд основной заработной платы:

Фонд отпускных

где Д_отп - заработная плата во время отпуска, которая определяется

Фонд государственных обязанностей

где: Д_осн.з/п - зарплата за 1 день в % от основного фонда заработной платы

Фонд дополнительной заработной платы

Фонд основной и дополнительной заработной платы:

Отчисление на специальное страхование составляет 7,7% от фонда основной и дополнительной зарплаты. Это составит 4020,5959 руб.

Основная и дополнительная зарплата с отчислением на социальное страхование составляет 56236,126 рублей.

Среднемесячная заработная плата

где 12 - число месяцев в году.

Для составления графика сменности необходимо рассчитать число бригад

принимаем 4 бригады

Дни часы

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0-8

А

А

А

А

Б

Б

Б

Б

В

В

В

В

Г

Г

Г

Г

8-16

В

Г

Г

Г

Г

А

А

А

А

Б

Б

Б

Б

В

В

В

12-24

Б

Б

В

В

В

В

Г

Г

Г

Г

А

А

А

А

Б

Б

отдых

Г

В

Б

Б

А

Г

В

В

Б

А

Г

Г

В

Б

А

А

В нашем случае 41-часовая неделя. Бригада работает по 4 дня в каждую смену. В каждую смену цикл составляет 16 дней.

А, Б, В, Г - 1, 2, 3, 4

1 см => 2 см 16 ч + 24 ч + 8 ч = 48 ч

2 см => 3 см 8 ч + 24 ч + 16 ч = 48 ч

3 см => 1 см 0 + 24 ч + 24 ч = 48 ч

Необходимо спланировать общее количество часов отдыха за 12 (4 дня х 3 смены) циклов.

1.

2. 2190 - 2077 = 113 часов

Эти 113 часов отдыха компенсируются за счет дополнительных отпусков и увеличения времени на обеденный перерыв.

Проведем анализ экономической эффективности

№	Статья затрат	Ед. изм.	Базовый	Проектир.
1.	Затраты на материалы	руб.	0,95	0,80
2.	Зарплата с начислением	руб.	0,80	0,45
3.	Затраты на эл/энергию	руб.	1,005	0,79
4.	Амортизац.отчисления	руб.	0,1	0,078
5.	Затраты на текущ.рем.	руб.	0,02	0,01
6.	Затраты на приспособл.	руб.	0,021	0,019
	Итого		1,7	1,32

Рентабельность определим по формуле

Фондоотдача:

Прибыль:

П = (Ц - С) Q отсюда

П = (1,8 - 1,32) • 35200 = 16896

где Ц - цена детали, С - себестоимость, Q - годовая программа детали.

Замена масла на поликриамит ПК.

Масса детали на всю программу: [кг]

m = Q • Р = 35200 • 0,703 = 24745,6

Потребность в масле марки И20 в год составляет:

Q = Q • W = 35200 • 42,8 = 15065,6 т

По базовой технологии затраты на полимер ПК-2

b = Q • W_ПК-2 = (35200 • 0,703) • 426,5 =

= 24,746 • 426,5 = 10553,99 руб.

где Q - годовая программа детали, т

W_ПК-2 - стоимость ПК - 2 руб/т

Экономия от улучшений условий труда и сокращения заболеваемости рабочих.

9,67 • (15065) • 24,746 • 0,077 = 1842,56

Экономия тепла и электроэнергии от исключения вентиляционных установок составит:

Э_т = С • W_ву • F_ву

где С - установленная мощность вентилятора

W_ву - стоимость 1 кВт электроэнергии

F_ву - годовой фонд времени работ вентиляционных устройств, час

Э_т = 0,17 • 0,011 • 5840 = 1074 руб.

Годовой эффект от внедрения полимера

Э_т = (W_m • W_ПК-2) • Q + Э_т + Э_зр + Э_с

где W_m - стоимость масла, руб./т

W_ПК-2- стоимость полимера, руб./т

Э_т - экономия электроэнергии

Э_с - зарплата слесаря вентиляционщика (3 разряда)

Э_т = (0,29 - 0,12) • 35200 + 1074 + 1842,56 + 1552 =

= 7348,56 руб.

Срок окупаемости:

Таким образом, экономический эффект за счет внедрения полимера обосновано снижением себестоимости продукции по сравнению с закапочной средой масло И20, трудоемкостью и минимальным сроком окупаемости.

6. Автоматизация производства

Непрерывное увеличение производства металла в стране и повышение качества продукции из металла является одной из главных задач народного хозяйства.

Важнейшее место в решении этой проблемы занимает автоматизация производственных процессов. Автоматизация является ведущим направлением, основной формой организации труда на базе достижений науки и техники, главным решающим средством, обеспечивающим технический прогресс народного хозяйства страны.

В настоящее время в металлургической и машиностроительной промышленности широко внедряют системы автоматического управления различными процессами, в частности, металлургическими печами и нагревательными устройствами.

Успех работы этих систем во многом определяется возможностью получения достоверной информации о ходе технологического процесса.

Правильное решение задач, получение исходной информации как на стадии разработки систем, так и на стадии эксплуатации позволяет достичь значительного технического и экономического эффекта, а также облегчает труд обслуживающего персонала.

Автоматизация проникла во все отрасли промышленного производства и играет большую роль при решении вопросов совершенствования и развития технологии.

Механизация и автоматизация производственных процессов позволяет повысить производительность труда, улучшить качество продукции, сократить производственные затраты.

Постановка задачи автоматизации

Контроль и регулирование температуры в электрошахтных печах осуществляется по схеме, изображенной на чертеже.

Термоэлектрический термометр помещается в рабочее пространство печи и вырабатывает термо э.д.с., соответствующей температуре печи. Сигнал от термометра подается на вход потенциометра. В потенциометр встроено задающее устройство и позиционный регулятор.

Если температура в печи меньше заданного значения, то контакты позиционного устройства замкнуты, а следовательно по катушке магнитного пускателя идет ток, тогда он электронагреватели подается сигнал. При достижении в печи заданного значения температуры контакты позиционного устройства размыкаются, катушки магнитного пускателя обесточиваются и подача электроэнергии к нагревателям прекращается.

Контроль и регулирования температуры и давления газа в электрошахтных печах осуществляется по схеме.

Электрошахтные печи имеют автоматическое регулирование и регистрацию температуры, осуществляемое термопарами и приборами теплового контроля, установленными на щитах управления. для обеспечения безопасности на электрошахтных печах имеются следующие блокировки:

- отключение нагревателей и вентилятора при подъеме крышки;

- отключение нагревателей при прекращении подачи воды для охлаждения или подогрева вентилятора.

Температура в электрошахтных печах измеряется прибором теплового контроля, расположенного на щите управления. Также размещаются пусковая аппаратура и приборы электрического контроля.

Датчиком температуры в печи служит термопара. Давление измеряется монометром. В печи регулируется расход газа, который измеряется расходометром.

Технологический процесс как объект управления

Важнейшим параметром, характеризующим процесс нагрева, является температура. Поэтому от того, насколько точно измерена температура, и от точности ее поддерживания в основном зависит качество нагрева или термообработки. Если температура меньше заданного значения, то приходится подогревать, если же температура зависима от времени выдержки и она больше, чем заданная, то происходит перегрев, то есть оплавление.

Также автоматически регулируется защитная атмосфера в печи - эндогаз. Применение контролирующих поверхность изделий устройств от окисления и обезуглероживания, повышает целостную прочность и долговечность на 15-30%, а достигаемая экономия металла в виде отсутствия окаменообразования составляет до 3-5% от массы садки.

Работа функциональной схемы автоматизации

Термоэлектрическая термопара ТХА (1.1), помещенная в рабочее пространство печи, вырабатывает термо э.д.с., по значению соответствующую определенной температуре сигнал, посланный от термометра (1.2), поступает на вход потенциометра КСП-4 (1.3).

Из потенциометра электрический сигнал, соответствующий измеряемой температуре, поступает на позиционный регулятор (1.4). Одновременно на позиционный регулятор поступает сигнал от задатчика (1.5). От регулятора сигнал поступает в уменьшительное устройство, усиливается и управляет исполнительным механизмом, который через систему рычагов и тяг изменяет положение заслонок и прекращает подачу электроэнергии.

Универсальный переключатель УП имеет положение А при автоматическом управлении и при ручном управлении, осуществляемый кнопками КУ.

Регулятор непрерывно изменяет подачу топлива для термической обработки, чтобы температура в рабочем пространстве печи оставалась постоянной, несмотря на различные возмущения.

Схема работает следующим образом: с изменением положения заслонки в газопроводе, в результате работы регулятора температуры изменяется расход газа, а следовательно, и период давления, который по газоотводящим трубкам воздействует на чувствительный элемент дифнонометра. В нем значение перепада давления преобразуется соответствующим значением на измерительный прибор.

Сигнал от измерительного прибора через усилитель поступает в обмотку возбуждения задатчика, в выходе которых смещается сигнал, пропорциональный расходу топлива. Усилитель предназначен для усиления сигнала, поступающего от измерительного прибора до направления, необходимого для питания обмотки возбуждения задатчика.

После регулятора соответственный сигнал поступает на усилительное устройство и управляет направлением вращения вала исполнительного механизма, который через систему рычагов и тяг изменяет положение заслонки, расположенный в воздухопроводе.

С изменением положений заслонки изменяется расход воздуха, воспринимаемый дифнамометром и преобразуется в электрический сигнал, передаваемый на измерительный прибор, а затем на регулятор соотношения. Для переключения автоматического управления на ручное устанавливается универсальный переключатель ЗУП. При ручном управлении пользуются кнопками управления ЗКУ. Для печей с площадью пода до 10 м² используется в основном автоматическое регулирование.

7. Охрана труда и окружающей среды

Анализ вредных и опасных производственных факторов термического участка

Проектируемый участок термического цеха входит в состав Ташкентского тракторного завода. Режим работы участка - трехсменный.

Термическая обработка стали, валика блокирующего устройства связана с потреблением электроэнергии, природного газа, что требует особой внимательности в работе, знания и строгого соблюдения правил работы. На проектируемом участке имеются следующие производственные опасности и вредности:

а) взрывоопасность

б) электроопасность

в) радиационная опасность

г) пожарная опасность.

1. Выделение окиси углерода - очень ядовитого газа, который вызывает удушье и отравление, происходит при неполном сгорании природного газа и других видов топлива, а также утечки при погасании свечки у двери (крышки) печи. В соответствии с СН-245-71 содержание окиси углерода не должно превышать 20 мг/м³.

В нагревательных печах потери газа через кладу достигает иногда 11% расхода тепла. При неосторожном обращении это может привести к воспламенению или взрыву. В также выделение тепла снижает давление воздуха, что вредно для здоровья человека.

Выделение вредных газов, таких как, метан, эндогаз, аммиак в пространство участка требует защиты рабочего персонала от их воздействия. Температура воспламенения и пределы взрывоопасности приведены в таблице 1.



Газы и газовые смеси	Температура воспламенения, оС	Пределы взрывоопасности	ПДК мг/м3
		нижние	верхние
пропан-бутан	530-400	2,1	9,5	20
аммиак	780	14	33	20
эндогаз	588	85	80,0
метан	632	5	15,0
СО	650-690	7,5	13,5	20

2. Воздействие электрического тока на человека может вызвать опасные для здоровья последствия и привести к смерти, причем вероятность смертельного исхода при поражении электрическим током очень велика.

Источником повреждения служит непосредственное тепловое, химическое и другое воздействие электрического тока на живой организм или непосредственное воздействие чрез физиологические реакции, возникающие в ответ на раздражения, которые выражаются, начиная с неприятного раздражения или локальной судороги, и заканчивая смертельным исходом.

Причинами являются воздействие электрического тока через дугу; непосредственное соприкосновение с открытыми токоведующими частями и проводами; соприкосновение с электропроводящими деталями и узлами конструкций и т.д.