Разработка оборудования для закалки пуансона из чугуна ИЧХ16М2

Разработка оборудования для закалки пуансона из чугуна ИЧХ16М2

Введение

Во время прохождения практики на ростовском заводе специнструмента и техоснастки «СИТО» были представлены номенклатура и конструктивные особенности изделий выпускаемых на предприятии, процессы термической обработки деталей. Для курсового проекта получены данные технологического процесса обработки пуансона из чугуна ИЧХ16М2.

Важно правильно подобрать режим термической обработки детали, печь, охлаждающую среду, которая оказывает решающее влияние на качество изготавливаемо детали.

Для получения деталей методом прессования, используют штамп. Пуансон - одна из основных деталей штампа. При штамповке пуансон оказывает непосредственное давление на обрабатываемый материал и в зависимости от назначения может быть прошивным, пробивным, просечным или вырубным. Работает пуансон в условиях одновременного циклического воздействия удельных давлений при динамическом характере нагружения и где имеет место небольшой нагрев, поэтому очень важно провести правильную термическую обработку, чтобы придать необходимую твердость, теплостойкость и не допустить разрушения пуансона.

Целью данного курсового проекта является разработка оборудования для закалки пуансона из чугуна ИЧХ16М2.

В ходе курсового проекта решались следующие задачи: разработка режимов термической обработки пуансона из чугуна, выбор основного и вспомогательного оборудования проектирование тележно-камерной печи для термической обработки пуансона из чугуна, выбор типа нагревателей в печи, расчёт теплового баланса печи, расчёт некоторых конструкций печи, контроль качества, разработка планировки участка для термической обработки пуансона.

.       
Технологический процесс изготовления пуансона

Принцип работы пуансона: лист металла прижимается между пуансоном, который содержит стержневую часть с рабочим торцом и матрицей, затем пуансон пробивает металл, образуя отверстие в листовой стали с ровными краями.

Последовательность технологических операций термической обработки представлена на блок - схеме 1.

Блок - схема 1 - Технологического процесса изготовления пуансона из чугуна ИЧХ16М2.

.       
Термическая обработка пуансона

Термическая обработка пуансона штампа связана с рядом трудностей. Закалка таких пуансонов требует особого внимания, критическая скорость закалки данного пуансона позволяет производить охлаждение на воздухе, что предохраняет их от образования трещин и значительного изменения размеров.

Термическую обработку чугунов проводят с целью снятия внутренних напряжений, которые возникают при литье и вызывают изменения размеров и формы отливки с течением времени, снижение твёрдости и улучшение обрабатываемости резанием, повышение механических свойств.

Для изготовления пуансона на заводе «СИТО» используется высоколегированный чугун ИЧХ16М2.

В чугунах используется приблизительно тот же комплекс легирующих элементов, что и в стали (хром, никель, алюминий, молибден, ванадий и т.д.).

Чугун хромистый высоколегированный износостойкий ИЧХ16М2. Поставляется с завода изготовителя в виде отливок с твердостью 490-610 НВ. Характеризуется высокой прочностью и износостойкостью при термообработке (при 20⁰ С временное сопротивление растяжению не менее σ_в = 170 МПа, изгибу σ_изг = 490 МПа). Обладает устойчивостью к температурным перепадам и охлаждается водой. ЧХ16М2 применяется для деталей с высокой стойкостью против ударно-абразивного износа и истирания в мельницах, дробеметных и дробеструйных камерах.

Чугунные штампы по сравнению со стальными имеют ряд преимуществ: их изготавливают литьём, они дешевле, их легко обрабатывать резанием, они устойчивы к вибрациям, стойки в условиях сухого трения вследствие смазочных свойств графита чугуна.

.1 Отжиг

Поступаемые на завод отливки пуансонов из чугуна ИЧХ16М2 подвергают отжигу чтобы снять внутренние напряжения и стабилизировать размеры чугунных отливок.

Нагрев медленный со скоростью 70 - 100⁰С/ч, выдержка при температуре нагрева зависит от массы и конструкции отливки и составляет от 1-го до 8-ми часов. Охлаждение до 250⁰С (для предупреждения возникновения термических напряжений) медленное, со скоростью 20 - 50⁰С /ч, что достигается охлаждением отливки вместе с печью. Далее отливки охлаждают на воздухе.

При этом отжиге фазовых превращений не происходит, а снимаются внутренние превращения, повышается вязкость, исключается коробление и образование трещин в процессе эксплуатации.

Последовательность операций при отжиге пуансона (граф. 1):

.        Установить заготовки на подине

.        Загрузить в предварительно прогретую печь, до температуры, не более 300⁰С

.        Прогреть до температуры t=700…750⁰С

.        Выдержать при заданной температуре 10…12 часов

.        Охладить с печью со скоростью 50⁰С (не более)

Обратить внимание на то, что расположение заготовок в печи в 1 ряд, температура в печи должна быть не более 300⁰С при загрузке заготовок и не более 200⁰С при выгрузке.

График 1 - Время отжига пуансона

На заводе «СИТО» для отжига пуансонов из чугуна используется газовая отжиговая печь (рис. 1,2)

Рисунок 1 - Газовая отжиговая печь с выкатным подом

Рисунок 2 - Камерная печь с выкатным подом типа ТНО:

1 - каркас печи; 2 - футеровка печи; 3 - дверь; 4 - под печи; 5 - воздуховод; 6 - горелочная система; 7 - дымоотвод; 8 - рекуператор; 9 - привод двери; 10 - привод пода; 11 - подставки для садки; 12 - система защиты рекуператора от перегрева; 13 - система поддержания коэффициента избытка воздуха.

2.2 Закалка

Повысить прочностные свойства чугуна можно его закалкой. Эффективным методом повышения прочности и износоустойчивости чугуна является закалка, которая производится аналогично закалке стали. В структуре закаленного чугуна имеются мартенсит со значительным количеством остаточного аустенита и выделения графита.

При закалке чугуна превращения аналогичны превращениям, происходящим при закалке стали. Но в связи с наличием в чугуне включений графита закалка чугунов имеет следующие особенности.

.        Закалка проводится из двухфазного аустенито-графитного состояния.

.        При нагреве происходит растворение графита в аустените, в связи с чем, несмотря на различную исходную структуру чугуна, превращению при охлаждении подвергается аустенит с эвтектоидной или заэвтектоидной концентрацией углерода.

.        При растворении графита в зонах, удалённых от мест контакта аустенита с графитом, концентрация углерода меньше.

.        Ликвация при нагреве под закалку не устраняется.

Закалке подвергают серый, ковкий и высокопрочный чугун для повышения твёрдости, прочности и износостойкости. По способу выполнения закалка чугуна может быть объёмной непрерывной, изотермической и поверхностной.

При объёмной непрерывной закалке чугун нагревают под закалку (медленно для отливок сложной конфигурации) до температуры на 40 - 60⁰С выше интервала превращения (обычно до 850 - 930⁰С) с получением структуры аустенит и графит (для ИЧХ16М2 до 1050±1050⁰С). Затем дают выдержку для прогрева и насыщения аустенита углеродом; выдержка тем длиннее, чем больше феррита и меньше перлита, например, 10 - 15 мин для перлитных чугунов и до 1,5 - 2 часа для ферритных чугунов. Отливки охлаждают в воде (простой конфигурации) или в масле (сложной конфигурации), высоколегированные на воздухе.

После закалки от оптимальной температуры и выдержки, обеспечивающей достаточное растворение углерода в аустените, в ферритном чугуне получается мартенситная структура с максимальной твёрдостью HRC 55 -60. В чугунах высокопрочных, аустенит которых обладает пониженной критической скоростью закалки, твёрдость после закалки достигает HRC 60 -62. Прочность после закалки понижается. Прокаливаемость высокопрочного чугуна выше прокаливаемости серого чугуна. После закалки чугун подвергают низкому отпуску для снятия части внутренних напряжений или высокому отпуску с получением сорбитной или троостосорбитной структуры.

Так как пуансон крупногабаритный, его нагрев необходимо проводить медленно, так как если нагревать быстро (помещать в печь которая сразу нагрета до высокой температуры), то возникнут значительные внутренние напряжения и в результате могут образоваться трещины. Поэтому после загрузки деталей в печь, необходимо сначала медленно прогреть их до температуры 750⁰С в течении 5 часов, выдержать 5часов, затем поднять температуру в печи до 1050⁰С в течение 3 часов и выдержать их в печи при заданной температуре 3 часа (граф. 2).

После выключения печи, заготовки вынимают из печи и охлаждают на воздухе. Для пуансона из высоколегированного чугуна ИЧХ16М2 критическая скорость закалки позволяет охлаждать деталь на воздухе.

График 2 - Время закалки пуансона

.3 Отпуск

Чтобы снять закалочные напряжения, после закалки производят отпуск. Детали, предназначенные для работы на истирание, проходят низкий отпуск при температуре 200-250° С. Чугунные отливки, не работающие на истирание, подвергаются высокому отпуску, при температуре 500-600° С. При отпуске закаленных чугунов твердость понижается значительно меньше, чем при отпуске стали. Это объясняется тем, что в структуре закаленного чугуна имеется большое количество остаточного аустенита, а также тем, что в нем содержится большое количество кремния, который повышает отпускоустойчивость мартенсита.

Отпуск проводится с целью снятия термических напряжений, повышения твёрдости, прочности и износостойкости. Нагрев производится медленный, так как изделие массивное, до температуры 540⁰С, затем выдержка 8 часов. Далее пуансон охлаждают вместе с печью до температуры не более 200⁰С, выгружают и охлаждают до температуры цеха на спокойном воздухе (граф.3).

График 3 - Время отпуска пуансона

термический чугун пуансон печь

.       
Проектирование оборудования для термической обработки

.1 Оборудование для закалки и отпуска

Тип печи выбирается для каждой операции в соответствии с разработанным технологическим процессом термообработки деталей и техническими условиями их изготовления. Выбор оборудования зависит от производительности, размеров и форм нагреваемых изделий, от характера работы агрегатов, обслуживающих печь и т.д.

При проектировании печи, кроме быстрого нагрева предусмотрены: механизм загрузки, автоматическое регулирование температуры, точность и равномерность нагрева. Кроме того, печь должна иметь минимальную стоимость затрат на её изготовление, включая весь комплекс оборудования, а в цехе она должна занимать минимальную площадь пола.

По условиям выданного задания размеры пуансона из чугуна ИЧХ16М2: 1255х310х200, исходя из этого, я предлагаю использовать камерную электрическую печь с выкатным подом.

Камерные печи с выкатным подом (тележкой) появились в связи с трудностью, а иногда даже и невозможностью загрузки изделий в камерную печь с неподвижным подом. Подину вне печи можно легко загрузить и разгрузить практически любыми изделиями и садками с помощью крана.

Тележечные подины с массой садки до 75т перемещаются на колесах по направляющим рельсам (брускам, швеллерам, двутаврам), а подины в виде платформ с массой садки более 75т на роликах (катках, шарах) - по направляющим брусьям с помощью: или приводной пары колес с индивидуальным электромеханическим приводом; или зубчатой рейкой, смонтированной под подиной по её продольной оси, и зубчатым или цевочным электромеханическим приводом, расположенным сбоку печи; или цепной лебедкой, расположенной перед печью на расстоянии несколько большем хода подины. При выходе из строя привода подины её можно перемещать с помощью мостового крана, блока и троса, соединенного с подиной.

По источнику тепловой энергии камерные печи с выдвижным (выкатным) подом подразделяют на топливные и электрические.

В связи с тем, что печь используется не все время, а с промежутками, для закалки пуансона из чугуна ИЧХ16М2 необходимо использовать тележно - камерную печь сопротивления периодического действия.

Камерные печи с выдвижным подом широко используются для отжига, отпуска и нагрева под закалку тяжелых деталей. Под такой печи выполняется в виде выдвижной тележки, футерованной шамотным кирпичом. Это позволяет загружать и разгружать детали вне рабочего пространства печи с помощью мостового крана. Тележка выдвижного пода состоит из ряда продольных швеллеров, которые через поперечные швеллеры передают нагрузку на колеса, укрепленные в роликовых подшипниках. На лист железа толщиной 8-12 мм сначала укладывается плашкой два ряда изоляционных кирпичей, затем четыре-пять рядов шамота. Общая толщина пода 400-450 мм. В печах, предназначенных для тяжелых садок, выгоднее вместо колес использовать ролики, соединенные с обеих сторон планками. Подина на катках лежит свободно, опираясь на них через специальные направляющие.

В малых печах под иногда выдвигается на чугунных шарах диаметром 100-150 мм. Они малочувствительны к нагреву и позволяют исключить скольжение. На выдвижной подине и на поду печи делают направляющие желоба, в которых и размещаются опорные шары.

При операциях отжига садку можно охлаждать вне печи - на воздухе или в специальном охладителе, а печь использовать лишь для нагрева. В этом случае резко увеличивается ее производительность и уменьшается расход тепла на разогрев кладки. Большое внимание должно быть уделено созданию герметичности рабочего пространства. Боковые щели между тележкой и стенками печи уплотняются песочными затворами. Для удобства заполнения песком затвор лучше делать в виде несущего уголка на тележке и ножа, укрепленного в стенках печи. В больших печах заслонку часто заменяют футерованным экраном, находящимся на выдвижном поду.

Печь с выдвижным подом может:

иметь любую теплотехническую конструкцию (за исключением нижней топки),

работать на различных видах топлива.

В электрических печах с выдвижным подом (рис. 3), нагревательные элементы располагаются на боковых стенках 1, в печах с большой шириной рабочего пространства - на выдвижном поду и заслонке. Ток к нагревателям выдвижного пода подводят по гибкому кабелю. Под выдвигается на роликах 2 с помощью реечного механизма 3. Низкотемпературные электропечи с выдвижным подом оборудуют вентилятором на задней торцевой стенке печи, для усиления конвективной теплопередачи. Для создания направленного циркулирующего потока воздуха элементы сопротивления отделяют от рабочего пространства сквозным листовым муфелем. Для ремонта и замены элементов сопротивления муфель снабжен дверками.

Рисунок 3 - Электрическая камерная печь с выдвижным подом

3.2 Расчёт основных параметров тележно-камерной печи

Расчёт размеров садки.

Закалке подвергается пуансон из чугуна ИЧХ16М2. Плотность чугуна: ρ = 7600 кг/м³. Термическая операция включает в себя закалку на 1050⁰С с последующим охлаждением на воздухе. Масса пуансона под закалку равна 437кг.

). Расчёт массы садки:

М_садки =N * М_дет

количество деталей;= 4 шт.

М_садки = 4*437=1748 кг.

Расчёт основных размеров рабочего пространства печи.

Для того чтобы определить рабочие размеры печи необходимо знать: размеры детали, садку, расположение заготовок на поду.

По условию выданного задания, размеры пуансона:

Длина L = 1255мм =1,255м

Ширина В = 310мм = 0,31м

Высота Н = 200мм = 0,2м

М_садки = 4*437=1748 кг.

В_под = 1200 мм - ширина пода печи;_под = 4000 мм - длина пода печи;_под = 1400мм - высота печи

Составим эскиз расположения заготовок на поду печи.

). Определение шага укладки заготовок (рис. 4).

S_ш = d + k_ук,=

- ширина заготовки = 310мм = 0,31м

где k_ук - коэффициент, принимаемый равным 0,5 d_заг

Рисунок 4 - Эскиз расположения заготовок на поду печи

3.3 Выбор футеровочного материала

Печи, в которых производится нагревание металлов при различных металлургических процессах, делают из материалов, обеспечивающих их прочность и устойчивость - кирпича, чугуна и железа. Но все эти материалы не в состоянии противостоять действию высокой температуры, при которой совершаются эти процессы, неизбежным колебаниям температуры и влиянию химических реакций, их сопровождающих. Ввиду этого, все рабочие пространства печей, приходящие в соприкосновение с металлом или газами высокой температуры, обкладывают изнутри слоем огнеупорных и устойчивых к химическим влиянием материалов, которые и защищают от разрушения остальной массив печи.

Необходимо выбрать материал для обкладки печи, определить толщину кладки пода, стен, рабочей камеры, толщина кладки свода, пода, стен, рабочей камеры.

Далее вычерчивается эскиз печи и определяются её габаритные размеры.

Кладка печей делается обычно в два слоя: внутренний слой, называемый футеровкой, выполняется из огнеупорного материала; для внешнего слоя, который является теплоизоляционным, необходим материал с наименьшей теплопроводностью.

Для футеровки (внутренней кладки) печей применяются следующие огнеупорные изделия: шамотные, динасовые, магнезитовые, тальковые, а так же огнеупорна глина и шамот.

Исходя из условий работы печи, материал футеровки её должен быть:

) огнеупорным, то есть не должен размягчаться и оплавляться при работе печи;

) термостойким - хорошо противостоять резким колебаниям температуры;

) строительно-прочным в процессе работы печи, сохранения при этом постоянство объёма, так как изменение объёма нарушает прочность кладки (раскрытие швов и прочее);

) химически-стойким, то есть противостоять разъедающему действию окалины и шлака, образующихся при работе печи.

Для тележно - камерной печи сопротивления периодического действия необходима следующая футеровка:

Огнеупорный слой - Шамот легковес ШЛ-1,3. Допустимая температура 1300⁰С, толщина слоя S ₁ = 230 мм.

Теплоизоляционный слой - пенодиатомитовый кирпич ПЭД-350, допустимая температура 900°С, толщина слоя S2=230mm. Кладку стенок рабочей камеры печи выполняем двухслойную: внутреннюю часть из огнеупорного шамотного кирпича класса «А», в один кирпич (230 мм), а внешнюю часть стенок из теплоизоляционного кирпича, в пол кирпича (115мм). Под - выполняется из талькового кирпича в кирпич (150 мм) и теплоизоляционного кирпича в один кирпич (150 мм). Кладку производим в металлическом кожухе. Размеры всех кирпичей 230 х 115 х 65мм

Коэффициенты теплопроводности материалов при этой температуре:

шамота λ1=0,6 Вт/м2 °С,

пенодиатомита λ2=0,22 Вт/м2 °С.

Расчёт габаритных размеров с учётом футеровки

С учётом футеровки получаем следующие габаритные размеры камерной печи сопротивления:

H’ = 65+1400+65 = 1530 мм

с учётом свода, который выполняется из такого же кирпича получим высоту печи:

H = 1530+65+65=1660 мм - высота печи

Ширина печи:

Под - выполняется из талькового кирпича в кирпич (115 мм) и теплоизоляционного кирпича в один кирпич (115 мм), высота кирпичей 65 мм

В = 115+115+115+115+1200 = 1660 - ширина печи

L = 4000+230+230 = 4460мм - длина печи

Габаритные размеры печи (рис. 5):

L = 4460мм - длина печи

H = 1660 мм - высота печи

В = 1660 мм - ширина печи

Рисунок 5 - Электропечь ПВП 1000/12.5М:

- каркас; 2 - футеровка; 3 - электронагреватели; 4 - дверь; 5 - выкатной под; 6 - направляющие рельса; 7 - термопара; 8 - шкаф управления электропечью.

3.4 Расчет установленной мощности и тепловой расчет

Полезная мощность Р_пол рассчитывается по формуле:

с - средняя удельная теплоемкость садки в интервале температур 20 -1050°С (с = 540 Дж/кг⁰С).

G - масса садки, G=1748 (кг)

t_п- температура печи, t_п=1050⁰С

t_о- температура цеха, t_о=20⁰С

τ - время нагрева садки, τ=16ч=960 мин=57600с

полезная мощность

Тепловой расчёт футеровки

Для данной печи выбрана двухслойная футеровка:

огнеупорный слой (шамот легковес ШЛ-1,3. Допустимая температура 1300⁰, толщина слоя S1=230 мм)

теплоизоляционный слой (пенодиатомитовый кирпич ПЭД-350, допустимая температура 900°С, толщина слоя S2=230мм)

Принимаем условную среднюю температуру слоев S₁ и S₂ t_ср=800°С. Коэффициенты теплопроводности материалов при этой температуре шамота λ₁=0,6 Вт/м² °С, пенодиатомита λ₂=0,22 Вт/м² °С. Толщины слоев в условных единицах S’₁=S’₂=1. Тепловые сопротивления слоев в условных единицах R’₁=1,R’₂=λ₁/λ₂=0,6/0,22=2,7.

Перепад температуры в слоях в условных единицах Δt₁’=1.

Δt₂’= R₂’ S₂ '=2,7 ∙1=2,7.

Перепад температуры в футеровке в условных единицах:

Δt’= Δt₁’ + Δt₂’=1+2,7=3,7.

Принимаем температуру на внешней поверхности боковых и задних стенок футеровки максимально допустимой t_в=70°С.

Перепад температуры в футеровке:

Δt=t_n-t_в= 1050-70=980°С.

Перепад температуры в шамоте:

Δt₁= Δt∙ Δt₁'/ Δt'=980∙1/3,7=265°C

Перепад температуры в пенодиатомите:

Δt₁= Δt∙ Δt₂'/ Δt' = 980∙2,7/3,7=715°C

Ориентировочно температура на границе шамот - пенодиатомит

t_сл=t_п - Δt₁=1050-265=785°С

Проведём уточнённый расчёт температуры в слоях футеровки.

Средняя температура огнеупорного слоя (шамот):

tср_ш =(t_п+t_сл)/2=(1050+785)/2=917,5°С

Средняя температура теплоизоляционного слоя (пенодиатомит):

tср_п =(t_сл+t_св)/2=(785+70)/2=427°С

Коэффициенты теплопроводности материалов при этой температуре:

шамот λ1=0,54 Вт/м^{2 0}С, пенодиатомит λ2=0,135 Вт/м^{2 0}С. Принимаем, что внешняя поверхность печи окрашена обычной краской и при t_в=700⁰С,  тепловой поток через 1м² боковых и задней стенок:

Q_ст=== Вт/м²

Температура на границе огнеупорного и теплоизоляционного слоёв:

=t_п-=1050-=1050-189.9=860°C

Для пенодиатомита допустимая температура:

t_д=900°С;  860°С<900°С.

Температура на внешней поверхности боковой и задней стенок:

t_вст=20 +=54°C

t_вст<t_доп; 560°C <700°C

Для свода:

Тепловой поток через 1м² свода:

Q_св==511 Вт/м²

Температура в своде на границе шамот - пенодиатомит:

t_св=1050-=1050-216,7=832°С

Температура на внешней поверхности свода:

t_всв=20+ =53°C

Для пода:

Тепловой поток через 1м² пода:

Q_п==497 Вт/м²

Температура в поде на границе шамот - пенодиатомит:

t_п=1050-1050-211=838 °С

Температура на внешней поверхности пода:

t_вп=20+  = 75°С

Мощность потерь через футеровку.

Боковые и задняя стенки:

F_cт=5,6м²; F₃=1.68 м²

Р_ст=446(5,6*2+1,68)=3246 Вт

Свод:

F_СВ=4*1.2=4.8м²

Р_св= 511 * 4,8 = 2452 Вт

Под:

Р_п=446*1,68=750 Вт

Суммарные потери через футеровку:

Р_ФУТ=3246+2452+750 = 6448 Вт = 6,5 кВт

Тепловой расчёт загрузочной дверцы.

Принимаем, что загрузочная дверца на передней стенке печи занимает площадь F_ДВ=F_СР Р=1,68 м². Теплоизоляцию дверцы выполняем набивкой муллитокремнистым волокном МКРР-130 с допустимой температурой 1150°С, толщина набивки S=300мм. Средняя температура набивки

t_наб=(1050+20)/2=535°С

Средний коэффициент теплопроводности

λср=0,147 Вт/м2∙0С,  

Тепловой поток 1м² дверцы:

Q_дв===498 Вт/м²

Температура на внешней поверхности дверцы:

 С

t_дв=20+=58°С

Мощность потерь через дверцу:

Р_ДВ=498*1,68=837 Вт=0,84 кВт

Номинальная мощность печи:

 =16,8 (кВт)

3,6(кВт)

Р_ФУТ = 6,5 (кВт)

Р_ДВ = 0,84 (кВт)

Р_НОМ =16,8+3,6+6,5+0,84=28 (кВт)

Определение установленной мощности

Установленная мощность N_у - это потребляемая электропечью при заданном режиме термообработки мощность, взятая с запасом, учитывающим «старение» нагревателей и возможное временное падение напряжения в сети:

k_з - коэффициент запаса мощности, k_з =1,2 ¸1,4 - для ЭПС периодического действия.

Р_НОМ - номинальная мощность печи

Р_УСТ=28*1,3=36,4 кВт

3.5 Расчет электронагревателей камерной печи

Исходными данными для электрического расчета являются:

) мощность печи, полученная в результате теплового расчета;

) мощность тепловых потерь через кладку печи

) Конечная температура нагрева изделий;

) Характеристика нагреваемых изделий габаритные размеры, материал;

) Напряжение питающей сети;

) Особые условия нагрева: наличие защитной среды, вакуума и т.д. Нагревательные элементы могут получать питание непосредственно от цеховой сети напряжением 220, 380 или 480 В или от понижающих электропечных трансформаторов, специально разработанных для электрических печей сопротивления.

Цель электрического расчета заключается в определении размеров нагревателей в соответствии с требуемым для выделения необходимой мощности сопротивлением, а также в зависимости от условий теплообмена между нагревателями и нагреваемыми элементами. Кроме того, рассчитанные нагреватели определенной конструктивной формы надо разместить на стенках печи.

Требования к нагревателям

Нагреватель - один из самых важных элементов печи, именно он осуществляет нагрев, имеет наибольшую температуру и определяет работоспособность нагревательной установки в целом. Потому нагреватели должны соответствовать ряду требований.

Основные требования к нагревателям

. Нагреватели должны обладать достаточной жаростойкостью (окалиностойкостью) и жаропрочностью. Жаропрочность - механическая прочность при высоких температурах. Жаростойкость - сопротивление металлов и сплавов газовой коррозии при высоких температурах.

. Нагреватель в электропечи должен быть сделан из материала, обладающего высоким удельным электрическим сопротивлением (чем выше электрическое сопротивление материала, тем сильнее он нагревается). Чем больше диаметр проволоки, из которой сделан нагреватель, тем дольше срок его службы. Примерами материалов, обладающих высоким электрическим сопротивлением являются хромоникелевый сплав нихром Х20Н80, Х15Н60, железохромоалюминиевый сплав фехраль Х23Ю5Т, которые относятся к прецизионным сплавам с высоким электрическим сопротивлением.

. Малый температурный коэффициент сопротивления является существенным фактором при выборе материала для нагревателя. Это означает, что при изменении температуры электрическое сопротивление материала нагревателя меняется не сильно. Если температурный коэффициент электросопротивления велик, для включения печи в холодном состоянии приходится использовать трансформаторы, дающие в начальный момент пониженное напряжение.

. Физические свойства материалов нагревателей должны быть постоянными. Некоторые материалы, например карборунд, который является неметаллическим нагревателем, с течением времени могут изменять свои физические свойства, в частности электрическое сопротивление, что усложняет условия их эксплуатации. Для стабилизации электрического сопротивления используют трансформаторы с большим количеством ступеней и диапазоном напряжений.

. Металлические материалы должны обладать хорошими технологическими свойствами, а именно: пластичностью и свариваемостью, - чтобы из них можно было изготовить проволоку, ленту, а из ленты - сложные по конфигурации нагревательные элементы. Также нагреватели могут быть изготовлены из неметаллов. Неметаллические нагреватели прессуются или формируются, превращаясь в готовое изделие.

Материалы для изготовления нагревателей.

Наиболее подходящими и самыми используемыми в производстве нагревателей являются прецизионные сплавы с высоким электрическим сопротивлением. К ним относятся сплавы на основе хрома и никеля (хромониклевые), железа, хрома, алюминия (железохромоалюминиевые).

Эти сплавы обладают хорошими свойствами жаростойкости и жаропрочности, поэтому они могут работать при высоких температурах. Хорошую жаростойкость обеспечивает защитная пленка из окиси хрома, которая образуется на поверхности материала.

Температура плавления пленки выше температуры плавления непосредственно сплава, она не растрескивается при нагреве и охлаждении.

Сравнительная характеристика нихрома и фехраля.

Нихром.

Достоинства нихрома: хорошие механические свойства, как при низких, так и при высоких температурах; сплав крипоустойчив (крипоустойчивость материала характеризуется его пределом ползучести, представляющим собой напряжение, соответствующее при данной температуре определенному удлинению материала в условленное заданное время); имеет хорошие технологические свойства - пластичность и свариваемость; хорошо обрабатывается; не стареет, немагнитен.

Недостатки нихрома: высокая стоимость никеля - одного из основных компонентов сплава; более низкие рабочие температуры по сравнению с фехралью.

Фехраль.

Достоинства фехрали: белее дешевый сплав по сравнению с нихромом, т.к. не содержит никель; обладает лучшей по сравнению с нихромом жаростойкостью.

Недостатки фехрали: хрупкий и непрочный сплав; т.к. фехраль имеет в своем составе железо, то данный сплав является магнитным и может ржаветь во влажной атмосфере при нормальной температуре; имеет низкое сопротивление ползучести; взаимодействует с шамотной футеровкой и окислами железа; во время эксплуатации нагреватели из фехраля значительно удлиняются.

В ЭПС с номинальной температурой 1050°С применяются нагреватели, изготовленные их хромоникелевых сплавов.

По всем известны данным для камерной печи периодического действия были выбраны нихромовые нагреватели из стали Х20Н80.

Определение диаметра и длины нагревателя (нихромовой проволоки) для заданной печи.

Исходные данные:

Мощность печи Р=36,4кВт;

Напряжение сети=480В.

Расчет длины и диаметра нагревателя проводят в несколько этапов.

Расчет объема камеры внутри печи:

=h*b*l

=1200мм; l=4000мм; b=1400мм

=h*b*l=1200*4000*1400=6700(л)

Необходимо определить мощность, которую может выдавать печь:

Для камерной печи возьмем мощность 70Вт/л.

Таким образом мощность нагревателя электрической печи должна составлять:

Р=70*6700=469(кВт)

Найдем силу тока, проходящего через нагреватель:=P/U- мощность нагревателя, P=469000 Втнапряженность на нагревателе U=480В

=P/U=469000/480=97,7(А)=U/I=480/91,8=4,9 (Ом) - сопротивление нагревателя.

Для сети однофазного тока сила тока I=97,7А, а сопротивление нагревателя R=4,9 Oм.

Для печи, подключенной к сети однофазного тока известно, что мощность печи составляет Р=469000Вт, напряжение на концах нагревателя U=480В.

Необходимо для расчетов диаметра нагревателя рассчитать допустимую поверхностную мощность нагревателя βдоп:

βдоп=βэф*α

βэф - поверхностная мощность нагревателей в зависимости от температуры тепловоспринимающей среды,

βэф=3,4 Вт/см2

α - коэффициент эффективности излучения (табл. 1)

Таблица 1 - Значение коэффициента эффективности излучения

Для камерной печи сопротивления возьмем проволочные спирали, полузакрытые в пазах футеровки.

α =0,6

β_доп=βэф*α=3,4*0,6=2,4 Вт/см²

pt=p₂₀*k - удельное электрическое сопротивление материала нагревателя

₂₀ - удельное электрическое сопротивление материала нагревателя при 20°С₂₀=1,13*10^-6(Ом*м)- поправочный коэффициент для расчета изменения электрического сопротивления в зависимости от температуры (по ГОСТ 12766.1-90).

к=1,025

=p₂₀*k=1,13*10^-6*1,025=1,15*10^-6 Ом*м

Рассчитаем диаметр проволоки для нагревателя:

=0,006м=6мм

В соответствии с ГОСТ 12766.1-90 выбираем диаметр проволоки 5мм.

Рассчитаем длину проволоки:

= ===110(м)

Длина нагревателя l=110 м.

Рассчитаем массу необходимого количества проволоки:=l*μ

μ - удельная масса (масса 1 метра проволоки)длина проволоки,

=l*μ=110*0,052=5,7 (кг)

Проверка.

Результаты расчетов необходимо проверить:

Диаметр проволоки d=6мм

Тогда нужная длина составит:

=R/(p*k)

сопротивление нагревателяноминальное значение электрического сопротивления 1 м проволокипоправочный коэффициент для расчета изменения электрического сопротивления в зависимости от температуры.=4,9 Ом

р=0,0577 Ом/м

к=1,025

=R/(p*k)=4,9/(0,0577*1,025)=83м

Таким образом, для нагревателя потребуется 110 метров нихромовой проволоки Х20Н80 5 мм, это составляет 5,7кг.

Для камерной печи сопротивления проволочные спирали, полузакрытые в пазах футеровки располагаются по три на двух стенах, то есть в данной печи 6 нагревателей по 110 метров.

Вид нагревателей.

После определения основных размеров, необходимо перейти к его конструированию и размещению в рабочем пространстве зоны (печи).

Для проволочных спиральных нагревателей с диаметром проволоки 5-9мм рекомендуется шаг спиралей s2d, с тем, чтобы не уменьшать значение коэффициента эффективности.

Выбираем вид нагревателей - проволочный.

. Общая длина нагревателя печи:

*1=110м,

где - количество фаз.

. Диаметр спирали:

Диаметр спирали выбирают по условиям механической прочности спирали, то есть обеспечения сохранения ее формы в процессе работы: для никельсодержащих (механически прочных) сплавов сопротивление

D=(7)d = (7÷10)·d = 9*6 = 54 мм

.Длина витка спирали:

_вит = π·D = 3,14*54 = 170 мм

.Длина выводов нагревателей:

_выв = δ+100 = 100+230=330 мм,

где δ - толщина стенки печи

δ=230мм

. Длина провода на всех нагревателях:

6. Шаг спирали: h=4·d=4·6=24 мм

Рисунок 6 - Нагреватели сопротивления проволочные спиральные.

Рисунок 7 - Крепление спирального проволочного нагревателя на фасонных керамических полочках боковых стен печи.

Чем больше диаметр спирали и чем гуще ее шаг, тем легче разместить в печи нагреватели, но с увеличением диаметра уменьшается прочность спирали, увеличивается склонность ее витков лечь друг на друга.

Нагреватели выступают на 50 мм от стены, расстояние от них до металла не менее 150 мм (рис.6, 7).

4.     
Контрольно-измерительное и регулирующее оборудование

Основная задача устройств автоматического регулирования температуры в печах сопротивления состоит в обеспечении заданного температурного режима нагрева изделий.

Печь сопротивления чаще всего характеризуется большой тепловой инерцией, обусловленной теплоемкостью изоляции, нагревателей и загрузки, вследствие чего температура печи изменяется сравнительно медленно. Это упрощает систему регулирования температуры, позволяя отказаться от устройств для плавного изменения мощности печи, то есть устройств непрерывного регулирования, и применять позиционные системы с простейшим исполнительным устройством - тиристорным переключателем. В электрической печи для измерения температуры рабочего пространства в качестве датчиков для автоматического управления температурным режимом применяют термоэлектрические термометры.

Они состоят из датчика (термопары), измерителя термо-ЭДС и соединительных проводов.

В разрабатываемой печи расположен термоэлектрический преобразователь типа КТХА 01.02.

Термопреобразователи КТХА(ХК) 01.02 наружным диаметром 3-4 мм рекомендуются для контроля температуры стенок печей и котлов (монтажная длина до 20 и более метров).

В термопарах данного типа присутствует клеммная голова для подключения термопреобразователя в измерительную цепь. Преобразователи 01.02 могут использоваться как самостоятельно, так и в качестве чувствительных элементов (ЧЭхх) для термопреобразователей в защитных чехлах (рис. 8).

Рисунок 8 - Термопреобразователи      

Рисунок 9 - Преобразователь типа КТХА 0.1.02

Технические характеристики термопреобразователя:

. диапазон рабочих температур от -40 до 1000⁰С

. материал защитной оболочки - сталь AISI 310,

. диаметра оболочки 3.0 мм

. условное давление - 0,1 МПа

. рабочий спай изолирован изолирован от оболочки кабеля

. показатель тепловой инерции при диаметре оболочки 3 мм - 2,0

. Максимальная температура:

На переходной втулке - 100 °С

На клеммной головке - 100 °С

. Длина монтажной части: минимальная - 320мм,

максимальная - 2000 мм

Итак, для камерной печи сопротивления необходимо использовать термопреобразователи типа КТХА 01.02 - Т310 - И - 3 - 2000 - кабельный термопреобразователь градуировки хромель-алюмель конструктивной модификации 01.02 с изолированным (И) рабочим спаем, в жаростойкой оболочке из стали AISI 310 (Т310) диаметром 3,0 мм, монтажной длиной (L) 2000 мм (рис.9).

Принципиальная электрическая схема управления печью сопротивления.

Рисунок 10 - Принципиальная электрическая схема управления печью сопротивления.

Питание печи осуществляется от однофазной сети 480 В. Напряжение питания через вилку ХР , автоматически выключатель QF и микровыключатель QS, выключатель QF замыкается в цепь, когда печь подсоединяется к розетке и двери печи закрыты.

Для управления нагрузкой - нагревательным элементом ЕК2- используется тиристоры VS1,VS2, включенные встречно-параллельно.

Стоящая на нагревателе термопара ВК передает сигналы на регулятор температуры Р типа E5CN, если необходимая температура достигнута, блок управления отключает катушки КМ с помощью микровыключателя QS.

Рисунок 11 - Прибор для контроля температуры типа ТС 304

Для визуального контроля температуры печи используется контроллер для камерной печи (рис. 11). Он присоединяется к боковой стене печи.

В камерной печи сопротивления применяется контроллер типа ТС 304, с помощью которого можно программировать время нагрева детали.

.       
Оборудование для очистки детали

Пескоструйная обработка пуансона.

Рисунок 12 - Аппарат для пескоструйной обработки.

Под пескоструйной обработкой понимают обработку поверхностей пуансона путем воздействия песка в качестве шлифовального средства, который под действием перепада давления воздуха с высокой скоростью направляется на обрабатываемую поверхность, относится к механическим способам очистки поверхности (рис.12).

Рисунок 13 - Схема пескоструйной обработки.

В зависимости от материала и размера частиц, перепада давления, времени воздействия на поверхность пескоструйная обработка может производиться для очистки поверхности, специальной ее подготовки (под нанесение покрытий), снятия заусенцев и окалины, упрочнения (дробеструйная обработка), декорирования и т.д. Пескоструйный аппарат мобилен и применяется для зачистки внутренних и наружных поверхностей металлических, чугунных и других изделий.

Принцип действия пескоструя (рис. 13): при пескоструйной обработке абразивные частицы ускоряются из пескоструйного аппарата при помощи энергии сжатого воздуха. Система пескоструйной очистки состоит из трех основных компонентов: компрессор, струйный аппарат и абразив. Желаемый результат обработки поверхности достигается посредством регулирования силы сжатого воздуха, воздействующего на абразив. Для обеспечения эффективной пескоструйной очистки требуется профессиональное мастерство, высококлассное оборудование и контроль качества.

.       
Контроль качества термической обработки пуансона

После проведения термической обработки проводим измерение твёрдости пуансона. Она должна находиться в пределах 55…57 HRC.

Изначально необходимо подготовить место на пуансоне для проведения замера твёрдости (рис. 14). Для этого шлифуем поверхность на шлиф-машине (рис.15), при помощи шлифовального круга.

Рисунок 14 - Место замера твёрдости.

Рисунок 15 - Шлиф-машинка СМ21-6-12000

Используем для измерения твёрдости - переносной прибор ТЭМП-4 (Твердомер электронный малогабаритный переносной программируемый) общий вид прибора на (рис. 16). Он предназначен для экспрессного измерения твердости сталей и сплавов по шкалам Бринелля (HB), Роквелла (HRC), Шора (HSD), Виккерса (HV), а также определения предела прочности на растяжение Rm (σВ) (кгс/мм2) по ГОСТ 2276-77 для углеродистых сталей перлитного класса. Эти пять шкал изначально запрограммированы в твердомере.

Рисунок 16 - ТЭМП-4.

Твердомером можно проводить измерения при различных углах положения датчика относительно поверхности изделия. В твердомер можно запрограммировать и другие шкалы для таких материалов как чугун, цветные металлы и их сплавы, резина и др.

Твердомер может быть применен в производственных и лабораторных условиях в машиностроении, металлургии, энергетике и других отраслях промышленности, а также в ремонтно-монтажных организациях. Объектами измерений могут быть крупногабаритные изделия, узлы и детали сложной формы, имеющие труднодоступные зоны измерений, в том числе сосуды давления различного назначения (корпуса атомных и химических реакторов, коллекторы и т.д.), трубопроводы, роторы турбин и генераторов, валки прокатных станов, коленчатые валы, шестерни, детали и узлы различных транспортных средств, рельсы, колеса вагонов, электро- и тепловозов, промышленные полуфабрикаты (отливки, листы, трубы, в том числе тонкостенные - менее 7 мм) и т.д.

Прибор может быть применен для оперативного контроля твердости деталей массового производства в цеховых условиях, например, для оценки стабильности технологических процессов: термической, химико-термической, механической обработок, сварки, обработки давлением, поверхностного упрочнения и т.д. Твердомер может использоваться для диагностирования эксплуатируемого оборудования с целью оценки и проведения его остаточного безопасного ресурса.

Прибор позволяет проводить измерения на плоских, выпуклых и вогнутых поверхностях изделий с различным радиусом кривизны и параметрами шероховатости не более Ra 2,5 по ГОСТ 2789-73, а также на изделиях различной массы и толщины.

.        Оборудование для транспортировки пуансонов и загрузочные средства.

Рисунок 17 - Ручной однобалочный мостовой кран.

Краны служат для переноса деталей с тележек на поды печей, а также для переноса деталей, прошедших термическую обработку, с подов печей на участки складирования готовой продукции и для подъема оборудования и его деталей при монтаже и ремонте (рис. 17).

Мостовые краны снабжены специальными лебедками, обеспечивающими скорость подъема деталей 20-30м/мин и опускания 40-60 м/мин. Наиболее простой конструкцией является ручной однобалочный мостовой кран. Этот кран состоит из моста, механизма передвижения и грузовой тележки, в качестве которой применяется обычная ручная таль.

Мост крана представляет собой металлическую сварную конструкцию, состоящую из продольных несущих двутавровых балок с раскосами, опирающимися на концевые рамы из швеллеров. В концевые балки вмонтированы ходовые колеса крана. Главной нагрузкой крановых балок является вес опирающейся на них тележки с грузом и собственный вес, вызывающий их изгиб в вертикальной плоскости. Кроме того, крановые балки испытывают изгиб и в горизонтальной плоскости от сил инерции при пуске крана и его установке. Ручные однобалочные краны изготавливают грузоподъемностью до 5 т при пролетах до 12 м. все механизмы ручного крана чаще всего приводятся в действие с помощью бесконечных цепей, надетых на тяговые колеса.

За кран цепляется четырёхветный цепной строп (рис. 18), который зацепляется за специальное приспособление с четырмя «ушами» (рис. 19) на котором закреплён пуансон.

Итак, для внутрицеховой транспортировки пуансонов, загрузки и разгрузки пода печи и для подъема оборудования и его деталей при монтаже и ремонте используется мостовой однобалочный кран.

Рисунок 19 - Приспособление для установки пуансона.

Рисунок 18 - Четырёхветный цепной строп (4СЦ).

Доставка пуансонов непосредственно в сам цех и внутрицеховое транспортирование производится при помощи самоходных электротележек (рис. 20). Источником энергии в электротележках является аккумуляторная батарея, питающая током электродвигатель механизмов тележки. Электротележки изготовляют грузоподъемностью 1,5 и 5 т. При использовании электротележек в цехах применяют специальную тару на ножках: тележка подъезжает под тару, приподнимает ее и в таком положении перевозит к месту назначения. Подъем платформы тележки может быть произведен на 115 мм от нижнего положения.

Рисунок 20 - Тележка для транспортировки деталей (7FB30).

8. Общие требования безопасности

). Общие положения

.1. При проведении процессов термической и химико-термической обработки должны быть предусмотрены меры защиты работающих от возможного действия опасных и вредных производственных факторов по ГОСТ 12.0.003-74, указанных в приложении. Концентрации веществ, обладающих вредными свойствами и уровни физических опасных и вредных производственных факторов не должны превышать значений, установленных санитарными нормами.

.2. Производственное оборудование метрических цехов и участков должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.003-91 и настоящего стандарта.

). Требования к технологическим процессам

.1. При разработке технологических процессов термической обработки металлов необходимо учитывать требования ГОСТ 12.3.002-75 и настоящего стандарта.

.2. В целях контроля процессов подготовки изделий к термической обработке, контроля и регулирования параметров термической обработки металлов (температуры, давления в рабочем пространстве печи, содержания компонентов в газовой среде и т.д.) необходимо применять блокировку, а также средства световой и звуковой сигнализации о нарушениях технологического процесса, могущих привести к возникновению аварийной ситуации.

.3. При подготовке изделий и деталей к термической обработке (нанесение защитных паст, травление, обезжиривание и др.) и при проведении термической обработки с применением веществ, обладающих токсичными, пожаро- и взрывоопасными свойствами (керосина, масел, расплавов солей и металлов, жидких сред), применяемых при закалке и отпуске, должна быть исключена возможность воздействия этих веществ на работающих. При работе с пожароопасными жидкими средами, применяемыми при закалке и отпуске, должны соблюдаться требования пожарной безопасности.

.4. Нагретые в процессе термической обработки изделия и детали необходимо размещать в местах, оборудованных эффективной вытяжной вентиляцией, или специально оборудованных охладительных помещениях или устройствах.

.5. Места возможного выделения в воздушную среду производственных помещений веществ, обладающих токсичными пожаро- и взрывоопасными свойствами, и пылей должны быть снабжены вытяжной механической вентиляцией во взрывозащищенном исполнении.

.6. При разработке технологических процессов термической и химико-термической обработки металлов должны предусматриваться оптимальные режимы работы оборудования, обеспечивающие: непрерывность технологического процесса; рациональный ритм работы людей, выполняющих отдельные технологические операции; исключение возможности создания аварийной обстановки.

При применении горючих атмосфер во всем температурном диапазоне процессов термической и химико-термической обработки конструкция оборудования и порядок работы на нем (герметизация рабочего пространства, продувка нейтральным газом тамбуров проходных агрегатов и контейнеров шахтных печей перед открыванием крышек при рабочей температуре, наличие запальников у наружных дверец проходных агрегатов и др.) должны обеспечивать безопасные условия труда.

.7. Система газопроводов в термических цехах должна быть выполнена в соответствии с требованиями действующих строительных норм и правил, утвержденных в установленном порядке.

.8. Система газопроводов перед заполнением их горючими газами и смесями должна быть продута негорючими или инертными газами при повышенном давлении.

.9. Газопроводы должны быть окрашены по ГОСТ 14202-69.

.10. Во всех случаях возникновения аварийных ситуаций при ведении технологического процесса (перегрев закалочной среды, обнаружение в воздухе цианистого водорода и других вредных веществ выше предельно допустимых концентраций, прекращение подачи воздуха к форсунке газовой горелки термической печи и т.п.) работу следует немедленно прекратить и принять меры к устранению аварийной ситуации. Ведение технологического процесса следует продолжать только после того, как будет выяснена причина, создавшая аварийную обстановку и будут приняты меры по ее устранению.

.11. Не допускается соединения в одну систему воздуховодов местных отсосов от цианистых и кислых ванн.

). Требования к производственным помещениям

.1. Участок травления металлов, участок цианирования, жидкостного азотирования и свинцовых печей-ванн, а также участки подготовки твердого карбюризатора, диффузионной металлизации и борирования, если они расположены вне потока, должны быть отделены от других участков отделения (цехов) производства термической обработки металлов.

.2. Отделка потолков и стен помещения участков травления, цианирования, жидкостного азотирования и свинцовых печей-ванн должна допускать систематическую мокрую уборку.

.3. Помещения и воздуховоды от местных отсосов должны очищаться от пыли, чтобы количество взвешенной в воздухе и осевшей пыли не могло образовать взрывоопасную пылевоздушную смесь в объеме более 1 % объема помещений.

). Требования к технологическим материалам

.1. Для нагревательных устройств должны применяться газообразное топливо и электрическая энергия. Применение твердого и жидкого топлива допускается в технически обоснованных случаях.

.2. При термической и химико-термической обработке должны применяться масла, кислоты, соли, щелочи и другие химические вещества, на которые утверждена нормативно-техническая документация.

.3. При термической обработке металлов необходимо применять пожаробезопасные жидкости и материалы. В отдельных случаях по согласованию с органами пожарного надзора могут применяться горючие жидкости.

.4. Применение ядовитых солей возможно только в технически обоснованных случаях и по согласованию с органами Государственного санитарного надзора.

.5. Ядовитые соли для термической обработки должны использоваться в гранулированном виде. Использование ядовитых солей в порошках допускается с разрешения органов Государственного санитарного надзора.

.6. Применение расплавов калийной и натриевой селитры в качестве нагревательных сред при закалке легких сплавов допускается в исключительных, технически обоснованных случаях по согласованию с органами пожарного надзора.

.7. Применение новых видов: топлива, нагревательных и охладительных сред, защитных сред, новых карбюризаторов и других химических веществ допускается только после согласования с органами государственного надзора.

). Требования к размещению

Производственного оборудования

.1. Закалочные масляные ванны должны иметь сборные емкости для 100 % слива масла. Соединительные маслопроводы должны быть рассчитаны из условия возможности слива масла из бака в случае аварии не более, чем за 10 мин. Закалочные масляные ванны должны быть оборудованы установками пожаротушения.

.2. Газоприготовительные установки следует размещать в одном помещении с печами, потребляющими газовые атмосферы, или в отдельном помещении.

.3. Закалочные баки, соляные и травильные ванны, шахтные печи, установленные в приямках, должны выступать над уровнем пола на высоту 1,0 м. В случае меньшей высоты такое оборудование должно быть ограждено барьером.

.4. Рабочие проемы нагревательных печей, печей-ванн и других термических агрегатов, а также оборудование для их обслуживания (манипуляторы, кантователи и т.п.) должны быть обеспечены устройствами и приспособлениями для защиты работающих от теплового облучения. Температура нагретых поверхностей оборудования и ограждений не должна превышать значений, установленных действующими санитарными нормами.

Интенсивность теплового облучения на рабочих местах не должна превышать 300 ккал/м²×ч.

). Требования к хранению и транспортированию

Исходных материалов, обрабатываемых изделий и отходов производства

.1. Доставка в цех изделий для термической обработки, а также масел, кислот, щелочей и других химических материалов, применяемых при подготовке изделий к термической обработке и в процессах термической обработки, должна осуществляться способами, исключающими опасность травматизма, физического перенапряжения, возможности интоксикации, загрязнения тела и одежды работающих, а также загрязнения помещения и воздуха в них. Тара, используемая для транспортирования сильнодействующих ядовитых веществ, после опорожнения должна храниться в специально отведенных местах.

.2. Погрузка изделий и деталей массой более 20 кг на транспортные средства и загрузка их должны осуществляться погрузочно-разгрузочными устройствами.

Для транспортирования этих изделий и деталей в цехах следует применять электрокары, подвесные и толкательные конвейеры и другие виды транспорта.

.3. Сбор, сортировка и кратковременное хранение отходов, образовавшихся при термической и химико-термической обработке металлов, должны производиться в термических цехах и участках в специально отведенных для этого местах. Отходы, содержащие сильнодействующие ядовитые вещества, следует хранить в специальных изолированных помещениях, в емкостях (бункерах, закромах, чанах и т. п.), снабженных специальными устройствами, исключающими загрязнение почвы, подземных вод, атмосферного воздуха.

.4. Удаление твердых отходов, слив отработанных кислотных, щелочных, цианистых и других растворов, обладающих токсичными свойствами, следует производить после их нейтрализации в соответствии с нормами и правилами, утвержденными Министерством здравоохранения СССР.

.5. Изделия, подлежащие термической обработке, и обработанные изделия, химические и другие материалы, применяемые как в процессе термической обработки металлов, так и в процессе подготовки их к термической обработке, должны храниться в специально отведенных для них помещениях или площадках.

.6. Кислоты, щелочи, легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, используемые в количестве более 400 кг в рабочую смену, должны подаваться к рабочим местам по трубопроводам, выполненным из материалов, стойких к действию транспортируемых веществ. При сменной потребности в этих материалах до 400 кг допускается их подача к рабочему месту в плотно закрытой небьющейся таре.

). Требования к персоналу

.1. Рабочие и инженерно-технический персонал должны проходить медицинский осмотр при поступлении на работу и периодически в соответствии с порядком, установленным Министерством здравоохранения СССР.

.2. Программы для обучения рабочих термических цехов должны составляться на основе типовых программ, утверждаемых соответствующими министерствами.

.3. Все рабочие, служащие и инженерно-технические работники термических цехов и участков проходят инструктаж по безопасности труда и пожарной безопасности; вводный - при поступлении на работу; первичный - на рабочем месте; повторный - не реже одного раза в три месяца; внеплановый - при нарушении требований безопасности труда, несчастном случае и др.

.4. К эксплуатации оборудования, работающего с газовыми атмосферами и горючими газами, а также оборудования, потребляющего токи высокой частоты (ТВЧ), допускаются лица, прошедшие специальное обучение и проверку знаний, с выдачей им соответствующих удостоверений.

.5. Для лиц, работающих в отделениях жидкостного цианирования и азотирования металлов, обслуживающих печи с газовой атмосферой и газоприготовительные установки, электрические печи и установки ТВЧ, а также выполняющие различные другие работы повышенной опасности, устанавливается периодическая, не реже одного раза в год, проверка знаний безопасного выполнения работы, проводимая комиссией, утверждаемой руководителем предприятия.

). Требования к применению средств

Защиты работающих

.1. Работающие в термических цехах должны использовать средства индивидуальной защиты, соответствующие требованиям ГОСТ 12.4.011-89.

.2. Спецодежда работающих в отделениях цианирования, жидкостного азотирования во избежание отравления работающих на других участках термических цехов должна сдаваться в стирку обезвреженной и храниться отдельно от спецодежды работающих других участков термических цехов.

.3. Для работающих в отделениях цианирования и жидкостного азотирования администрация должна организовать замену спецодежды на чистую, сохранившую свои защитные свойства не реже одного раза в 10 дней.

.4. Должны быть предусмотрены меры, исключающие возможность выноса спецодежды рабочими участков цианирования, свинцовых ванн и жидкостного азотирования за пределы цеха и выхода рабочих этих участков в спецодежде.

). Контроль выполнения требований безопасности

.1. Помещения термических цехов, термическое оборудование и коммуникации должны быть оснащены контрольно-измерительными приборами для контроля уровней опасных и вредных производственных факторов, возникающих при данном процессе.

.2. Системы управления и контроля процессами термической и химико-термической обработки должны иметь свободный и безопасный доступ к их элементам для обслуживания и ремонта.

.3. Защитно-предохранительная, регулирующая и запорная арматура, а также системы автоматики термического оборудования и коммуникации должны проверяться с целью определения исправности и в сроки, установленные нормативно-технической документацией на соответствующие механизмы и приборы.

.4. В термических цехах, отделениях и участках на газопроводах на линиях сжатого воздуха в легкодоступных местах для возможности локализации действия опасных и вредных производственных факторов должны быть установлены быстродействующие отсекающие устройства.

.5. При использовании газов, обладающих опасными и вредными свойствами, следует осуществлять контроль работы вытяжных вентиляционных устройств и систем сигнализации в установленном порядке.

.6. Во избежание выплесков и загорания при эксплуатации закалочных баков необходимо контролировать уровень масла в них, а также исправность устройств для аварийного слива масла и сигнализаторов перегрева его.

.7. Закалочные масла должны еженедельно подвергаться контролю на содержание в них воды. Обнаруженная вода должна быть удалена.

.8. При использовании нагревательных ванн, содержащих расплавы калийной и натриевой селитры, должны быть предусмотрены устройства, предупреждающие возможность местных перегревов расплава.

Заключение

В данной курсовой работы были решены следующие задачи:

. Разработан технологический маршрут детали;

. Выбран тип печи для закалки и отпуска пуансона из чугуна;

. Выбрана футеровка печи;

. Произведен расчет нагревательных устройств в печи;

. Разработана конструкция печи для закалки;

. Выбрано вспомогательное оборудование;

. Разработана планировка участка термической обработки.

По итогам данной курсовой работы для пуансона из чугуна ИЧХ16М2 выбрано оптимальное оборудование для закалки.

. Пуансон необходимо подвергать закалке с подогревом при температуре 750°С, после чего закалять при температуре 1050°С, время закалки - 16 часов, закалочная среда - воздух. Отпуск производить при температуре 540°С с выдержкой 8 часов.

. Закалка пуансона осуществляется в тележно - камерной печи сопротивления периодического действия с габаритными размерами: L = 4460мм - длина печи; H = 1660 мм - высота печи; В = 1660 мм - ширина печи, с рабочими размерами печи: L = 4000мм; H = 1400 мм; В = 1200 мм.

. Футеровку печи произвести в два слоя: огнеупорный слой, для которого используется шамот легковес ШЛ-1,3 с допустимой температурой 1300° и теплоизоляционный слой, для которого используется пенодиатомитовый кирпич ПЭД-350 с допустимой температурой 900°С.

. Нагреватели в печи изготавливаются из стали Х20Н80, длина одного нагревателя - 110 м. Проволочные спиральные нагреватели располагаются в пазах футеровки полузакрытыми. Диаметр проволоки - 6 мм. В печи расположено 16 нагревателей.

Список использованной литературы

1.      Долотов Г.П., Кондаков Е.А., «Оборудование термических цехов и лабораторий испытания металлов».М.: Машиностроение, 1988г. 336с.

2.      Соколов К.Н. Технология термической обработки и проектирование термических цехов. / К.Н. Соколов, И.К.Коротич. - М.: Металлургия, 1988. - 384 с.

.        Позняк Л.А., Скрынченко Ю.М., Тишаев С.И. Штамповые стали М.:Металлургия, 1980. - 244с

.        Геллер Ю.А. Инструментальные стали. 4-е изд. - М.: Металлургия, 1957. - 584 с.

.        Гуляев А.П. Инструментальные стали. Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1975. - 272 с.

.        Кривандин В.А. Филимонов Ю.П. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. Том. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1986. - 479с.: ил.

.        Мастрюков Б.С. Расчеты металлургических печей / Б.С. Мастрюков. - М.: Металлургия, 1986. - 376 с.

.        Расчеты нагревательных и термических печей: Справочник / Под ред. М.В. Тымчака. - М.: Металлургия, 1983. - 480 с.