Расчет термической обработки партии деталей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Разработка режимов термической обработки детали

2. Определение режимов работы участка и годового фонда времени работы оборудования

3. Расчет времени термической обработки детали

4. Определение продолжительности проведения каждой операции

5. Определение величины передаточной партии

6. Выбор термического оборудования для проведения операций

1. Разработка режимов термической обработки детали

деталь термический обработка

Материал детали - Сталь 45

Программа выпуска - 10000 шт.

Сталь 45 является доэвтектоидной конструкционной улучшаемой сталью. Температура нагрева при закалке выбирается в этом случае на 30 ...50 °С выше критической точки Ас₃, для данной стали равной 755 °С, т.е.

t_Н= Ас₃ + (30 .. .50) °С = 755°С + 45°С = 800°С.

Для получения мартенситной структуры при закалке стали её необходимо охлаждать со скоростью не меньшей, чем критическая скорость закалки (V_охл > V_кр).

В качестве закалочной среды следует применить воду, в которой скорость охлаждения в интервале температур наименьшей устойчивости переохлаждённого аустенита составляет примерно 150 м/с, что больше V_кр данной стали. В нижнем, мартенситном интервале температур масло охлаждает с небольшой скоростью (20-30 м/с), что уменьшает вероятность образования закалочных дефектов. После закалки структура стали по всему сечению оправки состоит из мартенсита и ~ 3 ...5 % остаточного аустенита.

Для получения требуемых механических свойств и уменьшения внутренних напряжений, возникших при закалке, сталь подвергают отпуску. С повышением температуры отпуска прочностные свойства конструкционной стали уменьшаются, а её пластичность и вязкость возрастают.

Температура среднего отпуска стали 45 должна быть 500 °С. Охлаждение следует проводить в воде.

Таким образом, окончательной термической обработкой детали из стали 45 является закалка при температуре 800°С в воде и отпуск при температуре 500 °С с охлаждением также в воде. При этом достигается твердость HB = 230.

2. Определение режимов работы участка и годового фонда времени работы оборудования

Годовым фондом времени оборудования называется время работы оборудования в течение года, выраженное в часах.

Количество рабочих дней в году для большинства цехов, отделений и участков определяется вычитанием выходных и праздничных дней из полного годового числа календарных дней (365).

Годовой фонд оборудования составляется, как видно, из определения, в часах за вычетом выходных дней (52 дня), 6 праздничных дней, и потерь времени на ремонт оборудования и переналадку режимов.

При проектировании термических цехов машиностроительных заводов различают следующие разновидности фондов времени работы оборудования: календарный, номинальный и действительный.

Календарный годовой фонд времени оборудования равен произведению числа часов в сутки на число календарных дней в году, т. е. 24Ч365 = 8750 час.

Номинальный годовой фонд времени оборудования получается путем исключения из календарного годового фонда времени часов, приходящихся на выходные, праздничные дни и недоработанные в предвыходные и праздничные дни.

Если принять номинальный фонд времени работы оборудования за 100 %, то при вычете процента потерь получим коэффициент использования оборудования, выражаемый в %:

100 - 6 = 94, или 0,94;

100 - 10 = 90, или 0,90.

Действительный (расчетный) годовой фонд времени работы оборудования получается из номинального с учетом коэффициента использования оборудования.

По нормам технологического проектирования машиностроительных предприятий для термических цехов устанавливаются следующие годовые фонды времени оборудования.

3. Расчет времени термической обработки детали

Для применения расчетного метода необходимо определить, является ли тело термически тонким или термически массивным и каковы условия теплообмена при нагреве детали. В термически тонких телах время нагрева определяется, прежде всего, тепловым потоком, поступающим на поверхность изделия. В термически массивных телах внутреннее термическое сопротивление значительно влияет на продолжительность нагрева. Критерий, по которому тела подразделяются на термически тонкие и термически массивные, носит название критерия Био:

где б - коэффициент теплоотдачи, характеризующий тепловой поток с поверхности изделия в окружающую среду;

л - коэффициент теплопроводности материала детали;

X - характерный геометрический размер детали, равный расстоянию наиболее удаленной точки от поверхности, к которой подводится тепловой поток.

К термически массивным относят все изделия, у которых Bi > 0,15.

Коэффициент теплоотдачи для закалки:

б=61,1 ккал / (м²*час*град)

Коэффициент теплоотдачи для отпуска:

б=29,8 ккал / (м²*час*град)

л=40

X=45 мм.

Коэффициент Био для закалки:

0,068

Коэффициент Био для отпуска:

0,033

Таким образом, деталь можно отнести к термически тонким деталям.

4. Определение продолжительности проведения каждой операции

Температура печи в процессе нагрева изделий не меняется, если мощность печи соответствует расходу энергии на нагрев изделий. По мере нагрева изделий расход энергии в печи должен уменьшаться пропорционально скорости нагрева изделий, что практически осуществляется при помощи терморегуляторов. При таком условии процесс нагрева изделий описывается простым уравнением теплового баланса:

б·F₂·(t ₁ - t₂)dф = c·G₂dt₂,

где F₂ - участвующая в теплообмене поверхность изделия, м;

G₂ - масса изделия, кг;

с - удельная теплоемкость изделия, Дж/(кг·град);

T - температура печи, °С;

t₂ - температура изделия в данный момент времени, °С;

б - коэффициент теплоотдачи, являющийся характеристикой теплообмена между поверхностью детали и средой;

ф - время, с.

Интегрируя уравнение в пределах от начальной температуры изделия t_2н до конечной температуры изделия t_2K, получаем формулу для определения времени нагрева изделия:

где t₁ - температура печи, °С;

t_2Н - начальная температура изделий, °С;

t_2К - конечная температура нагрева изделий, °С.

Так как конечная температура нагрева изделия при термической обработке мало отличается от температуры печи, то из формулы видно, что расчетное значение времени нагрева зависит от правильности определения конечной температуры нагрева изделия. Для печей с теплообменом лучеиспусканием более точной является формула Б. В. Старка:

Масса детали рассчитывается по формуле:

G₂ = V·с

V - объем детали, м³ ;

с - плотность стали, кг/м³.

с = 7,8·10³ кг/м³

V = 0,000213 м³

G₂ = 0,000213·7,8·10³ =1,66 кг

F₂ = 0,03 м²

Время нагрева детали в печи при закалке:

ф_н= =2112с=35,2 мин

Для закалки общее время пребывания детали в печи рассчитывается следующим образом:

ф_з = ф_н + ф_в

ф_н - время нагрева;

ф_в - время выдержки.

ф_з = 35,2 + 10 = 45,2 мин

Время нагрева детали в печи при отпуске:

фн=(c*G2*(t2k-t2н))/(б*F2*?tср)

фн=(500*1,66*(500-20))/(29,8*0,03*240)=1440с=24мин

Для отпуска общее время пребывания детали в печи рассчитывается следующим образом:

ф_о = ф_но + ф_во

ф_о = 24 + 20 = 44 мин

Время закалки с учетом коэффициента фактора раскладки:

f - коэффициент фактора раскладки.

ф_у.з.=45,2*2,2 ? 100 мин

Время отпуска с учетом коэффициента фактора раскладки:

ф_у.о.=ф_о*ѓ

ф_у.о.=44*2,2 ? 100 мин

Общее время:

ф_ОБЩ=100+100=200 мин=3ч 20 мин

5. Определение величины передаточной партии

По расчетной часовой производительности и рассчитанной продолжительности нагрева определяют садку печи:

G = P·ф

P - расчетная часовая производительность, шт/ч;

ф - продолжительность нагрева, ч.

При закалке: G = 31·1,6=50 дет

При отпуске: G = 31·1,6=50 дет

Синхронизация передаточной партии для удобства передачи на следующую операцию:

Для закалки и отпуска передаточная партия 100дет., которая располагается на 2 поддонах по 25 дет. Время обработки 100 мин.

6. Выбор термического оборудования для проведения операций

С учётом размеров детали, размера садки и годовой программы выпуска выбираем следующую марку печи (в связи с одинаковым временем обработки, для закалки и отпуска принимается одна и та же печь):

Размер поддона составляет 5*5=25 деталей, занимаемая площадь составляет 900х450 мм² (ДхШ). Поддоны ставятся один на другой.

Электропечь камерная

Размещено на Allbest.ru