Разработка металлосберегающего технологического процесса изготовления поковок деталей самолетов ИЛ-76 и ТУ-204

О_пок=Ґ_пок-2,75-\0-⁶=0.54кг (3.2)

Определяем основные параметры поковки:

Площадь поковки в плане:

F_n = 11322мм.

Периметр контура разъема

Р = 6.3 * 2 + 9.4 * 2 +11 * 2 + 81.5 * 2 + 83 + 6.3 + 107.5 + 83 + 6.3 = 421мм.

(размеры участков получены непосредственным измерением чертежа поковки в САПР AutoCad)

Определяем высоту мостика /г₀ = 0.015 Jp^ = 1.59лш, принимаем

По размеру высоты мостика выбираем облойную канавку 4.3. её размеры:

/г₀ =l.6;b = ll;b_} = 30; 5_обк= 155мм²

V₀=S₀-P_n, где (3.4)

S₀ =Ј-5^,, где

^vo =C-S_0(iM,-P_n =0.7-115-421 =33890.5лш³ (3.5)

^v™ =(У_ПОК ^+vos.n\ ^Y = (l95980 + 33 890.5) -1.02 = 234467.91мм³ (3.6)

1_заг = 105мм

т.к. затем заготовка будет осаживаться до габаритных размеров поковки.

Принимаем по ГОСТ 8617-81 ф_заг = 55мм Корректируем значение длины заготовки.

Таблица 3.4

№ сеч-я	8,мм2	ё=1.13л/5,мм	V=S-h,MM3	"ср~~ 1-13-у <Jc/) , ММ
1	2416.2	55.5	10003.1	61
2	7041.4	94.8	48585.7
3	7247.5	96.2	56530.5
4	2585	57.5	19387.5
5	2585	57.5	30244.5
6	2445	55.8	28851
7	1910.5	49.4	55963
8	1920.5	49.4	15662
9	1910.5	49.4	11078
10	675.5	29.4	6282.2
11	658	29	2303

Рис.3.3 Эпюра сечений и диаметров

3.7 Раскрой сортового проката. Определение нормы расхода металла

Наиболее распространенным способом получения заготовок для горячей штамповки из прутков и штанг сортового проката является резка на пресс-ножницах, как наиболее дешевая и производительная.

На машиностроительные предприятия сортовой металлопрокат поставляется в основном интервальной, кратной и мерной длины.

Алюминиевые прутки (ГОСТ 8617-81) поставляют длиной: от 1 до 10м исходя из величины площади поперечного сечения в см2: до 0.8 см2 Ь=1-6(м), 0.8-1.5 Ь=1-8(м), 1.5-200 Ь=1-10(м).

Раскрой интервального проката

Поставляемые партии проката могут иметь значительные колебания длин штанг. При резке такого проката на заготовки образуется торцевые (концевые) отходы, которые связаны с наличием металлургических дефектов (заусенцев) на концах штанг и отход, образующийся из-за колебаний длин штанг, который называется некратностью.

Ј_я =0,5-1_Ж =0,5-99 = 48.5лш.

Расчетная интервальная длина штанг для алюминиевого прутка принимаю L_m = 3692 мм.

Расчетное количество отрезаемых заготовок при этом составляет:

N = (L_Pll-L_T)IL₃ =(3692-0)799 = 37.3; (3.11)

Принимаю 37 заготовок.

Раскройный коэффициент:

K = (L_Pll-L_T-L_H)/L_Pli =(3692-0-48.5)73692 = 0,98. (3.12)

Раскрой кратного проката

Штанги кратного проката могут иметь различную длину в определенном интервале размеров. Однако, они должны удовлетворять условию двойной кратности: быть кратными величине длины отрезаемых заготовок L₃ с учетом доли отхода на торцевой обрезок L_T и кратными длине L_K, которая не должна быть меньше I_rain (минимально допустимая длина штанги интервального проката), определяемой по прейскуранту (для горячекатаной качественной стали всех сечений I_min = 2000 мм).

Кроме торцевой обрезки, учитываются потери металла, связанные с положительным отклонением длин штанг от номинальных размеров. Они составляют А_тах - предельное отклонение по длине проката

А_тах =+30 при L_T <4м;

^д,шх = +^{50 П}Р^{И 4} < L_T < 6 м ; Л_тах =+70 при 1_г>6м.

Длина кратной штанги:

L_K = N * L_KP , где N - число заготовок;

L_T = 0 мм ;

_N=L_mm-L_T^ 1000-0 Z₃ 99

Принимаю 7V = 10 шт . L_KP - длина расчетной кратной заготовки;

= 99 лш; (3.13)

L_K =N-L_KP = 10-99 = 990 лш;

Согласно ГОСТ должно соблюдаться условие:

1000 = Z_min < Ј,, < L_max = 10000;

так как L_K < L_min , то увеличиваю N , принимаю N - 12 . Ь_КР = 99 мм ;

L_K =N-L_KP =12-99 = 1188 мм', L_mm<im<L_maK

Раскройный коэффициент:

K_P=(L_K-k_mm-L_T)/L_K= (1188-30-0)71188 = 0,97. (3.14)

Раскрой мерного проката

Штанги мерного проката также кратны длине отрезаемой заготовки, но в отличие от интервального проката имеют одну и ту же длину:

L_m=N-L₃+L_T (3.15)

где N - число заготовок при раскрое штанги длиной Z,_max на отрезки

N = (10000 -0)799 = 101.01;

Принимаю

N = 101 шт. I_M = N-I₃+I_T =101-99 + 0 = 9999

Раскройный коэффициент:

Кр = (9999 - 30) / 9999 = 0,99.

Расчет нормы расхода металла на поковку

q ₌ qsat ' ^ку . Кр

где Q_3Al. - масса заготовки;

К_Р - раскройный коэффициент; Ку - коэффициент, учитывающий потери металла на угар.

Выбираю мерный способ раскроя проката т.к. при таком методе раскроя меньше отходов.

Усилие необходимое для разрезки проката

Р = л--22.5²-сг_ст =3.14- 22.5²- 200 = ЗП.9кН (3.18)

3.8 Установление режима нагрева заготовок и выбор типа нагревательной установки

Температурный интервал штамповки является одним из самых основных является одним из основных термомеханических параметров, без знания которого невозможна разработка рационального технологического процесса штамповки. Температурный интервал имеет верхний и нижний пределы. Нагрев металла сопровождается изменением структуры и механических свойств металла: снижение прочностных свойств, а следовательно и снижение сопротивления деформированию; уменьшение требуемой мощности оборудования.

Температурный интервал штамповки алюминиевого сплава зависит от: массы заготовки, химического состава металла, металлургической технологии, степени деформации. Необходимо различать допустимый и рациональный интервал штамповки. Рациональный интервал штамповки. Рациональный интервал устанавливается на основе допустимого интервала и опыта освоения технологического процесса.

Температурный интервал составляет для алюминиевого сплава АК-6 :

max температура нагрева металла перед штамповкой - 470°С;

min температура окончания штамповки - 300°С. [1]

При выборе типа нагревательного устройства необходимо учитывать следующие требования:

должна быть обеспечена требуемая температура;

равномерный нагрев по поверхности и по сечению;

минимальное окисление поверхности или образования угара и т.д. В нашем случае необходимо применение электрической печи

сопротивления, т.к. она повышает производительность труда, позволяет провести полную автоматизацию и обеспечить высокую стабильность процесса, улучшить условия труда и сократить потери металла на окалинообразование. Выбираем камерную электрическую печь сопротивления CH3Q[7.6,3.10/6-И 1.

Таблица 3.5 Характеристика печи

№ п/п	Параметр	Ед. изм.	Значение параметра
1	Мощность	кВт	26
3	Номинальная температура	°С	600
4	Напряжение питающей сети	В	380/220
	Число фаз	Шт.	3
8	Масса садки	т	0.23
10	Среда в рабочем пространстве		Эндогаз
11	Расход защитной атмосферы	м3/ч	2
13	Размеры рабочего пространства	мм
	Длина		700
	Ширина		630
	Высота		1000

3.9 Расчет переходов штамповки

Для изготовления данной поковки в пунктах рассмотренных ранее были выбраны следующие ручьи:

Подготовительный ручей (осадка) служит для повышения качества структуры материала и приданию заготовке формы близкой к форме поковки.

Черновой (предварительный); служит главным образом для уменьшения износа окончательного ручья за счет осуществления в предварительном ручье значительной части деформации для придания заготовке формы, весьма близкой к окончательной.

* Чистовой (окончательный) ручей. Он служит для получения готовой поковки с заусенцем и представляет собой точный оттиск фигуры горячей поковки с расположенной вокруг него заусенечной канавки.

Второй операцией или первым переходом штамповки является осадка заготовки.

На третьей операции или втором переходе происходит предварительная штамповка в заготовительно-предварительном ручье.

Четвертой операцией (третьим переходом) является штамповка в чистовом ручье, в котором получают поковку с заданными размерами.

Пятой операцией является обрезка облоя и клещевины на обрезном штампе.

3.10 Определение усилий штамповки и выбор оборудования

Расчет массы падающих частей молота необходимо производить с максимально возможной точностью, т.к. при использовании молота с недостаточным усилием может произойти «не доков» заготовки, а при выборе пресса по завышенному усилию, он будет использоваться нерационально.

Выбираем по табл. 10 (стр. 293 [2] т.1) паровоздушный штамповочный молот. Его основные параметры приведены в табл.5:

Таблица 3.6 Основные параметры паровоздушного штамповочного молота

Параметр	Значение
Энергия удара, кДж, не менее	50
Номинальная масса падающих частей, т.	2
Число ударов в 1мин.	80
Расстояние между направляющими в свету В, мм.	600
Наименьшая высота штампа без хвостовика Н,мм.	260
Размер бабы, мм.	630
Размер штамподержателя L1, мм.	900
Расстояние от уровня пола до плоскости разъема штампа при наименьшей его высоте HI, мм.	800

3.11 Отделочные операции. Обрезка заусенца

Так как высота мостика облойной канавки составляет 1,6 мм, то обрезку облоя можно производить в холодном состоянии. Холодная обрезка более производительна, чем горячая, и позволяет выделять обрезные прессы в самостоятельные участки. Кроме того, при холодных обрезных работах легче производить доводку обрезного инструмента и наладку штампов.

Необходимое усилие обрезного пресса определим по формуле (стр.14[3]):

Р₀б_Р ⁼ 0>5^ 1,8)х 10 xSxtxo-g , (3.20)

где S = 421мм - периметр среза, мм;

и_в = 48кг/мм² предел прочности при температуре обрезки(стр.7[2]т. 1);

t =z+n - действительная толщина среза облоя, где z - определяется графически по линии среза облоя; п - недоштамповка, которую применяют равной положительному допуску по высоте;

п=0,7 мм; г=1,6мм(см. рис.9) t= 1,6+0,7=2,3 мм; Р_обр = 1,5 х 10⁶ х 421 х 2,3 х 48 = 697кН = 69,7т.

Линия среза облоя,

Рис.3.8. К определению действительной толщины среза облоя На основании произведенных расчетов выбираем обрезной кривошипный пресс по ГОСТ 10026 - 62 (табл.21 стр.189[2] т.1) номинальным усилием 100 т, основные характеристики которого приведены в табл.3.7:

Таблица 3.7 Основные характеристики обрезного кривошипного пресса

Ход S ползуна в мм	180
Число ходов ползуна в минуту	40
Наибольшее расстояние Н между столом и ползуном в его нижнем положении в мм	380
Величина регулировки расстояния между столом и ползуном в мм	100
Размеры стола в мм L В	600 600
Размеры отверстия стола в мм L1 В1	360 360
Размеры ползуна в мм L2 BZ	480 480
Толщина h подштамповой плиты в мм	100

3.12 Выбор типовой конструкции штампов. Конструирование штампов

Конструированию молотового штампа в целом предшествует расчет и конструирование его ручьев.

3.12.1 Окончательный (чистовой) ручей

Окончательный ручей изготовляют по специальному чертежу, называемому чертежом поковки для изготовления штампа (чертеж горячей поковки). При выполнении этого чертежа необходимо учитывать ряд условий:

Чертеж поковки для изготовления окончательного ручья выполняют на основании чертежа холодной поковки и в том же масштабе, но с простановкой всех размеров с учетом усадки. Для алюминия усадка составляет 1,3%.

Размеры надо проставлять с учетом простоты построения фигуры при разметке шаблонов и штампа, а именно:

* Полностью дать размеры для построения линии разъема;

* Размеры по высоте ставить от линии разъема;

Контуры чистовой детали не наносить.

Не указывать допуски на размеры поковки.

3.12.2 Расчет и построение заготовительно-предварительного ручья

Выбираем заготовительно-предварительный ручей для поковок двутаврового сечения. Данный ручей применяют для поковок ребристого сечения. Построение проводят в соответствии с эскизом так, чтобы соблюдалось равенство площадей: /' = f".

Рис.3.9. Построение предварительного ручья.

По рекомендации (стр. 398 [3] т.1) принимаем следующее расположение ручьев штампа (слева - направо): площадка для расплющивания (осадка), предварительный, окончательный. Толщина стенок определяется по формулам:

* Между ручьем и гранью штампа: Si=T, где Т -вспомогательная величина зависящая от глубины - h, радиуса закругления - R, угла а, смежного ручья меньшей глубины.

Определяем по номограмме (стр.115[3] т.2); для п=32.8Д=10,8мм -Т=44мм;

* Между площадкой для расплющивания и черновым ручьем:

5₂ = Г cos «₂ = 44 cos 10° = 43мм ; а₂ -уклон более глубокой полости

Между черновым и окончательным ручьями:

5₃ = Т х cos а = 44 х cos 10 = 43мм;

* Расстояние от края фигуры штамповочного ручья до выемки под клещевину:

5₄ = 0,7 * Т х cosa = 0.7 * 44 * 0.98 = 30мм ;

Высоту кубика выбирают с учетом требуемой прочности штампа и необходимости его возобновления. В первом приближении высоту кубика можно определить в зависимости от высоты /z_max наиболее глубокой

полости штампа. При небольшой глубине полости (/г_тах =10-25мм} высота кубика H_min =(6-10)/z_max, а при глубине полости /г_тах = 50-100лш-#min = О - 4)/*_тах. Меньшие значения коэффициентов принимают по большей высоте /z_max. Т.о. в нашем случае в первом приближении высота кубика

Я_т(п = (3 - 4) * 32.8 = 3.5 * 32.8 = 114.8лш

Используя размеры, полученные расчетом по ГОСТ 7831-78 подбираем штамповый кубик выбираем кубик с размерами, мм:

HxBxL = 450x300x300.

На передней и правой грани кубиков изготавливается контрольный угол высотой 5 мм на каждом штампе.

3.13 Расчет норм времени на штамповку

Составными частями нормы времени на горячей штамповке является:

1)основное (машинное) время;

вспомогательное время;

время на обслуживания рабочего места, отдых о личные надобности;

4)подготовительно-заключительное время

Таблица 3.8 Расчет норм штучного времени при штамповке на ПВШМ

					Время
s! 5»			Содержание работы	Учитываемый фактор	Повторяемость	Основное	Вспомогательное
1	10	2	Взять заготовку	Масса	1		0,041
	с,		со станины	заготовки
	44		клещами,	0.55кг
			установить
			в оучеи
2	6		Штамповать	Число	3	0,086*3=
	с,			двойных ходов		=0,2578
	31		*	в 1 мин - 80
3	10 с, 46	14	Переложив заготовку из ручья в ручей нажать	Масса заготовки 0.63 кг	2	™	0,0142*2= =0,0284
			педаль
4	10	33	Отложить	Масса	1	_	0,025
	50		заготовку на стол	заготовки
			(расстояние 2 м)	9.04кг
5	10	47	Смазать штамп	МПЧ2т.	-	-	0,092
	52
--			Итого на	-		0,2578	0,186
			поковку

3.14 Планировка рабочего места

С целью обеспечения эргономических условий при выполнении технологических операций определяем схему организации рабочего места.



V

Рис МПЧ2т.

- тара для заготовок;

- электрическая печь;

- транспортер;

- приемный стол;

-ПВШМ;

- склиз;

- транспортер;

- тара для поковок;

- вентиляция приточная

4. Модернизация электрической печи сопротивления

В современном авиационном производстве технологиям обработки металлов давлением уделяется большое внимание. При получении заготовок применяют прокатку, прессование, волочение, ковку и штамповку.

Выполнение операций ковки и горячей штамповки сопровождается предварительным нагревом заготовок в различных нагревательных устройствах. Нагрев заготовок позволяет проводить обработку давлением с меньшими усилиями и большими степенями деформации.

Политика энергосбережения на предприятии любого профиля должна проводиться целенаправленно и планомерно, и включать в себя целый комплекс мероприятий организационных, технических и технологических с применением современных материалов, конструкторских решений и технологий энергосбережения. Таким образом, можно добиться значительной экономии энергоресурсов, увеличить производительность термического оборудования и повысить качество выпускаемой продукции.

Существует множество способов экономии энергоресурсов в процессе нагрева заготовок перед ковкой и горячей штамповкой, среди которых одним из основных направлений является утилизация теплоты нагревательных печей.

В данной работе рассматривается печь СНЗ-2.2,1.1,0,7/1.2, в которой нагреваются заготовки перед штамповкой на горизонтально-ковочной машине. По результатам данной работы была подана заявка на полезную модель и получен патент [23]

4.1 Область применения электрических нагревательных устройств в авиастроении

Электрические печи, электронагревательные устройства и приборы получили широкое распространение в авиационной промышленности.

Почти нет такого производства, в котором в том или ином виде не применялся бы электронагрев. На ряде предприятий электрические печи являются основными потребителями электроэнергии, а в целом около 15% всей потребляемой нашей промышленностью электрической энергии расходуется на цели электротермии.

До последнего времени электронагрев широко применялся для расплавления металлов и сплавов, восстановления металлов из руд, для нагрева различных материалов, заготовок или изделий под пластическую деформацию или термическую обработку, для сушки материалов и изделий. В последние годы он получил широкое применение при получении особо чистых металлов и сплавов, для нагрева полупроводников и диэлектриков в электрическом поле-диэлектрический нагрев.

Электрическую печь легко герметизировать и создать в ней нужную газовую атмосферу или вакуум; при помощи электронагревательных устройств можно получить избирательный нагрев, местный нагрев отдельных участков изделия или его поверхности (поверхностная закалка). Поэтому в машиностроении и в металлургии, как черных, так и цветных и легких металлов появляется все больше электрических печей и индукционных установок для термической обработки самых разнообразных конструкций (заготовок, деталей, слитков), а в настоящее время, в связи с расширением верхнего предела температурного диапазона таких печей и для нагрева заготовок под ковку, штамповку или иную пластическую деформацию.

Различные электрические лабораторные печи и испытательные установки находят большое распространение в научно-исследовательских институтах и лабораториях высших учебных заведений и промышленных предприятий.

Такое широкое распространение электрических печей вызывается следующими существенными преимуществами их по сравнению с топливными печами.

Возможность концентрировать выделение большого количества энергии в весьма малых объемах (электрическая дуга, низкотемпературная плазма, индукционный нагрев, электронно-лучевой нагрев, прямой нагрев) и получить благодаря этому очень большие скорости нагрева и любые необходимые температуры.

Возможность обеспечить высокую равномерность нагрева изделий как путем соответствующего размещения источника выделения тепла по стенкам нагревательной камеры, так и применением принудительной циркуляции атмосферы.

Легкость регулирования подводимой мощности, а, следовательно, и температуры, легкость автоматизации регулирования температурного режима печи.

Удобство механизации и автоматизации процессов загрузки и выгрузки, подвергающихся нагреву материалов или изделий и их перемещения внутри печи, что существенно облегчает включение электрических печей в технологический поток, в автоматические линии.

Легкость герметизации электрических печей, возможность благодаря этому защитить нагреваемые материалы или детали от окисления защитной атмосферой или вакуумом, или, наоборот, поместить их в специальную атмосферу для насыщения поверхности углеродом, азотом или иными веществами или в вакуум.

Компактность, чистота, удобство обслуживания, улучшение условий труда, меньшее, по сравнению с топливными печами, загрязнение атмосферы.

Часто электронагрев сам по себе является менее выгодным, чем нагрев в топливных печах. В этом случае применение электропечей может быть оправдано существенными технологическими преимуществами. По мере роста выработки электрической энергии и ее удешевления, вызванного строительством мощных электростанций, область экономически целесообразного применения электронагрева также расширяется, что приведет к еще большему применению прогрессивных электротермических процессов.

4.2 Устройство электрических печей сопротивления

Рассмотрим конструкцию электрической печи сопротивления на примере печи периодического действия (рис.4.1):

Простейшей и в то же время универсальной печью является камерная печь. Она состоит из прямоугольной камеры с огнеупорной футеровкой и теплоизоляцией, перекрытой сводом и помещенной в металлический кожух. Печь загружается и выгружается через отверстие в передней стенке, прикрываемое дверцей. Маленькие печи для удобства их загрузки устанавливаются на ножках, большие печи - непосредственно на полу. Нагреватели располагаются в поду и на боковых стенках печи, реже также и на своде. У очень крупных печей нагреватели располагаются и на задней стенке печи и на дверцах для обеспечения большей равномерности распределения температур в камере печи. Подовые нагреватели перекрываются обычно жароупорными плитами, на которые и укладываются нагреваемые изделия.

Рис. 4.1. Камерная электропечь с металлическими нагревателями и пламенной завесой.

1-дверца; 2-механизм подъема дверцы; 3-вывод нагревателя; 4-кожух; 5-футеровка; 6-боковые нагреватели; 7-сводовые нагреватели; 8-подовые плиты; 9-подовые нагреватели; 10-устрой-ство пламенной завесы.

Дверки камерных печей, как правило, выполняются подъемными, у небольших печей с ручным или ножным приводом (при ножном приводе руки рабочего остаются свободными), у более крупных - с электромеханическим (рис. 4.1). В последнем случае устанавливаются у верхнего и нижнего положений дверки конечные выключатели, отключающие электродвигатель в крайних положениях.

Камерные печи с металлическими нагревателями изготавливаются самых различных величин, от очень маленьких до очень крупных. Наши заводы изготавливают серию камерных печей с ручной загрузкой типа СНО с мощностью от 8 до 165 кВт. Печи снабжены нихромовыми или железохромоалюминиевыми нагревателями и жароупорными подовыми плитами и могут обеспечить нагрев изделий до 1250 °С. Все они выполняются однозонными.

Герметизировать камерную печь полностью трудно, так как у дверцы образуются щели, через которые выходит газ. Поэтому если желательно ограничить окисление нагреваемых в печи изделий, то применяют «пламенную завесу». Горючий газ поступает при открытии дверцы в окно печи через трубку с рядом отверстий и вспыхивает, поглощая поступающий через дверцу кислород воздуха. Показанная на рис. 2 камерная печь снабжена такого рода устройством с «пламенной завесой».

Потери холостого хода камерных серийных печей составляют от 25 до 40% их номинальной мощности, время разогрева до рабочей температуры 5-10 ч. Такие низкие эксплуатационные показатели серийных камерных печей объясняются их чрезмерно тяжелой кладкой, особенно ее огнеупорным слоем, аккумулирующим много тепла. А так как камерные печи работают большей частью одну или две смены с частыми простоями и недогрузом, то их КПД оказывается весьма низким. Поэтому в настоящее время намечена к производству новая серия камерных печей с облегченной футеровкой, которая должна обеспечить более высокие эксплуатационные показатели.

4.3 Система утилизации теплоты при охлаждении электрической печи

В рассматриваемой электрической печи процесс охлаждения происходит за счет передачи теплоты через футеровку и теплоизоляцию в окружающую среду, в теплое время года теплота, выделяемая печью, при охлаждении никак не используется, в холодное время ее недостаточно, чтобы отапливать помещение. Поэтому в данной работе рассматривается один из способов утилизации теплоты с целью экономия энергоресурсов предприятия, а именно - за счет выделяемой печью теплоты предлагается нагревать воду, которую затем пускать в систему отопления или горячего водоснабжения.

Технический результат предлагаемых изменений печи заключается в обеспечении длительного ресурса работы электрической печи за счет равномерного охлаждения ее футеровки и стабильной температуры теплоносителя, поступающего внешнему потребителю при охлаждении электрической печи.

Для достижения технического результата в предлагаемой камерной электрической печи, содержащей корпус с теплоизоляцией, электронагревателями, датчиком температуры печи, расположенные в корпусе трубы, соединенные подводящим и отводящим трубопроводами с вентилятором для подачи в период охлаждения газового теплоносителя в печь, на отводящем трубопроводе установлен теплообменник для нагрева жидкого теплоносителя, а подводящий и отводящий трубопроводы соединены байпасным теплоизолированным трубопроводом с регулирующим клапаном, который подключен к датчику температуры печи. Для стабилизации температуры теплоносителя, поступающего внешнему потребителю на линии подвода жидкого теплоносителя, установлен регулирующий вентиль, соединенный с датчиком температуры на линии отвода нагретого жидкого теплоносителя.

Сущность модернизированной печи поясняется чертежом (рис.4.2).

Камерная электрическая печь (рис.4.2) состоит из корпуса 1 с электронагревателями 2 , огнеупорной футеровки 3 и теплоизоляции 4. В рабочей камере печи для измерения температуры установлен датчик температуры 5. В корпусе 1 электрической печи между огнеупорной футеровкой 3 и теплоизоляцией 4 располагается система труб 6. Вентилятор 7 подводящим 8 и отводящим 9 теплоизолированными трубопроводами подключен к системе труб 6. На отводящем трубопроводе 9 установлен теплообменник 10, в котором по трубам движется нагреваемый жидкий теплоноситель (вода), а по межтрубному пространству перемещается под действием вентилятора 7 газовый теплоноситель (воздух). Байпасный теплоизолированный трубопровод 11 сообщает подводящий 8 и отводящий 9 трубопроводы и содержит регулирующий клапан 12, соединенный с датчиком температуры 5. В теплообменнике 10 на линии подвода жидкого теплоносителя располагается регулирующий вентиль 13, соединенный с датчиком температуры 14 на линии отвода нагретого жидкого теплоносителя.

При охлаждении камерной электрической печи во время плановой остановки производства вентилятором 7 газовый теплоноситель поступает в систему труб 6, при этом на начальном этапе при высокой температуре печи по показаниям датчика температуры 5 регулирующий клапан 12 максимально открыт и расход газового теплоносителя через трубы 6 минимален, что обеспечивает плавное охлаждение электрической печи. По мере снижения температуры в рабочей камере электрической печи по показанию датчика температур 5 регулирующий клапан 12 частично перекрывается и через трубы 6 на охлаждение электрической печи поступает больше газового теплоносителя от вентилятора 7, что ускоряет процесс охлаждения. За счет изменения расхода газового теплоносителя через трубы 6 в процессе охлаждения электрической печи обеспечивается равномерное охлаждение огнеупорной футеровки 2 и длительный ресурс работы электрической печи. Кроме того, при регулируемом изменении расхода газового теплоносителя через трубы 6 стабилизируется тепловая нагрузка на теплообменник 10, в котором газовый теплоноситель (воздух) после повышения температуры в камерной электрической печи осуществляет нагрев жидкого теплоносителя (воды), например в системе горячего водоснабжения.

Для стабилизации температуры жидкого теплоносителя поступающего внешнему потребителю на выходе из теплообменника 10 регулирующий вентиль 13 изменяет расход жидкого теплоносителя по показанию датчика температуры 14.

Рис.4.2 Камерная электрическая печь

4.4 Анализ потерь теплоты при охлаждении электрической печи сопротивления СНЗ-2.2,1.1,0.7/12

Исходные данные:

Масса нагреваемой футеровки т = 1200кг Температура нагрева футеровки 1200° С Температура охлаждения футеровки 300° С

Теплоемкость огнеупорного шамота С_ш =10

Количество теплоты получаемое при охлаждении огнеупорной футеровки:

Q = m-(t_l-t₂)-C_lu =1200-(ШО-300)-1000 = 1,08-10⁹Дж (4.1)

Определим массу воды, которую можно нагреть от 20°С до 90°С,за счет теплоты, полученной при охлаждении печи:

Т.о. при охлаждении одной печи можно нагреть 3673,5кг воды до температуры 90°С.

4.5 Описание системы охлаждения

Камерная электрическая печь, содержащая корпус с теплоизоляцией, электронагревателями, датчиком температуры печи, расположенные в корпусе трубы, соединенные подводящим и отводящим трубопроводами с вентилятором для подачи в период охлаждения газового теплоносителя в печь, отличающаяся тем, что на отводящем трубопроводе установлен теплообменник для нагрева жидкого теплоносителя, а подводящий и отводящий трубопроводы соединены байпасным теплоизолированным трубопроводом с регулирующим клапаном, который подключен к датчику температуры печи.

Таблица 4.1 Характеристика печи

№ п/п	Параметр	Ед. изм.	Значение параметра
1	Мощность	кВт	134
2	Мощность на нагревателях	кВт	129
3	Номинальная температура	°С	1200
4	Напряжение питающей сети	В	380
5	Напряжение на нагревателях	В	152 \ 380
6	Число тепловых зон	Шт.	1
7	Удельный расход электроэнергии	кВтч/кг	0.284
8	Масса садки	т	1.2
9	Мощность холостого хода	кВт	30
10	Среда в рабочем пространстве		Эндогаз
11	Расход защитной атмосферы	м3/ч	20
12	Время разогрева до рабочей температуры	ч	9
13	Размеры рабочего Длина пространства Ширина Высота	мм	2200 1100 700
14	Масса электропечи	т	10.97

4.6 Блок-схема математической модели камерной электрической печи с устройством утилизации теплоты

Разрабатывая математическую модель конкретной печи, учитываются все особенности ее конструкции и тепловых процессов, которые в ней происходят, поэтому изменение одного или нескольких параметров (например, размеров внутреннего пространства печи, массы садки, ее размещения в рабочем объеме) требует внесения изменений в модель и пересчета теплотехнических характеристик печи и садки. Благодаря математическому моделированию стало возможным решение задачи по оптимизации конструкции печей с целью:

определения экономически наиболее выгодной толщины футеровки печи, обеспечивающей минимум затрат на ее изготовление и эксплуатацию;

нахождение и выбор оптимальной последовательности расположения огнеупорных и теплоизоляционных материалов и оптимальной толщины отдельных слоев;

3. сравнительной оценки тепловых качеств футеровки (достижение минимума потерь тепла теплопроводностью, на аккумуляцию, времени выхода печи из холодного состояния на рабочий режим и т.д.). Особое значение для получения корректной математической модели приобретает полнота и точность вводимых в модель исходных данных, т.к. в противном случае высокая точность математических расчетов становится бессмысленной. В качестве исходных данных для расчета задаются следующие параметры: характеристика рабочего пространства печи (размеры и - теплофизические свойства материалов конструкции печи); характеристика- садки (размеры обрабатываемых изделий и их масса, расположение в печи, теплофизические свойства материалов);

начальная и конечная температура- поверхности, а также перепад температур по сечению обрабатываемых изделий или температурный и временной режим процессов нагрева, выдержки или охлаждения; ограничения, налагаемые на процесс нагрева и охлаждения (максимальные-- температуры внешней теплоотдающей поверхности печи, нагревательных элементов и т.п.);

прочие данные, которые могут оказать существенное влияние на- температурный режим печи.

Широкое применение математического моделирования не снимает необходимости получения практических данных о работе печных агрегатов и проведения специальных экспериментов, т. к. любая математическая модель обязательно нуждается в адаптации к реальному объекту моделирования. Анализ достоверности результатов, получаемых при использовании разработанных математических моделей теплообмена в рабочем объеме печей, проводится путем сопоставления с экспериментальными данными и результатами экспериментов, известными в литературе. Совпадение расчета и эксперимента удовлетворительное (погрешность расчета не превышает 10-15%).



Рис .^Блок-схема камерной печи с устройством для утилизации теплоты.

1- рабочая камера; 2- садка (нагреваемые изделия); 3-тепловое ограждение; 4- устройство для утилизации теплоты; 5- теплообменный аппарат для нагрева воды.

4.7 Расчет экономической эффективности внедрения проекта «Утилизация теплоты при охлаждении электрических печей сопротивления»

Целью данного исследования является обеспечение бесперебойного снабжения горячей водой кузнечного цеха ЗАО «Авиастар-СП». По данным полученным на предприятии случаются перебои в снабжении цеха горячей водой, внедрение данного проекта позволит в цеху нагревать самостоятельно воду до температуры от 50-90°С, затем использовать её либо в отопительных целях, либо в производственных. В кузнечном цехе ЗАО «Авиастар-СП» находится около 20 электрических печей сопротивления, используемых для нагрева заготовок перед ковкой и штамповкой, а также для термообработки полуфабрикатов с целью получения требуемой структуры поверхности или изделия в целом. Принцип действия устройства утилизации теплоты при охлаждении электрических печей сопротивления был подробно описан ранее в 3 гл. дипломного проекта. Данный раздел посвящен расчету экономической эффективности внедрения проекта.

Исходные данные для укрупненного расчета экономической эффективности внедрения проекта «Утилизация теплоты при охлаждении электрических печей сопротивления».

Количество печей подлежащих оборудованием для утилизации теплоты-20шт.

Ориентировочная длина труб, необходимая для монтажа устройства-10 метров на одну печь. Используется труба 50x3.5 ГОСТ 3262-75.(Стоимости 1 метра тубы- 150р.)

Ориентировочная длина труб, необходимых для подвода и отвода воды (входная - холодная; выходная - горячая):

100м. трубы 220x6 ГОСТ 3262-75 - центральный подвод и отвод холодной и горячей соответственно воды к печам (Стоимость 1 метра трубы 500р.).

50м. трубы 50x3.5 ГОСТ 3262-75 - местная разводка по печам.

Кол-во теплообменников - 20шт ( Стоимость теплообменника -1500р).

Площадь труб подвергаемая теплоизоляции- 50м¹ ( Стоимость 1м² теплоизоляции -ЮООр).

Ориентировочная масса электродов необходимых для монтажа -50кг( Средняя стоимость 1кг.- 100р.)

Ориентировочная стоимость сварочно - монтажных работ-100000р.

Неучтенные расходы - 50000р.

Расчет затрат на оборудование цеха устройствами утилизации теплоты

3__б_._ов = Ц_{теплообмен},_1ика -N,N -кол-во теплообменников

^ = 87500 + 50000 = 137500р.

З₀._м. =3_трубы + З_тта1Я„_т +3__бл_ = 137500 + 50000 + 30000=:217500р.

3 = З_ом. + V + 3^ + ^_Ч№, = 217500 + 5000 + 50000 = 272500р.

Стоимость нагреваемой воды можно оценить через стоимость ИСкалории. 1Ккал, называется такое кол-во теплоты, которое получается при охлаждении 1 м* воды на один градус по Цельсию. Стоимость одной 1Ккал.-1руб..

Оценим, какое количество Ккал можно получить при охлаждении воды, нагретой в цеху по средствам устройств утилизации теплоты, за год.

В среднем одна печь при охлаждении нагревает 2м³ воды до температуры 90° С, следовательно, 20 печей нагреют 40 V за цикл т.е. за сутки. В году 256 рабочих дней ,значит, за год 20 печей за один год нагреют V = 40 * 256 = 10240л*³ воды до температуры 90° С .

При стоимости 1Ккал.-1руб. за год по средствам устройства утилизации теплоты можно сэкономить следующую сумму денег:

С = 1 0240 * (90 - 20) = 7 1 6800руб.

Полученный результат в денежном эквиваленте позволяет окупить все затраты менее, чем за пол года.

Результатом данной работы является анализ нагревательных устройств применяемых в машиностроении, а именно в авиационной промышленности, выявление достоинств и недостатков, описание принципа работы наиболее универсальных и максимально подходящих для авиационной промышленности нагревательных устройств - электрических печей. В рамках данной работы подробно описывается предлагаемая модель электрической камерной печи сопротивления с устройством утилизации теплоты, по средствам которой в процессе охлаждения электрической печи средних габаритов можно нагреть до температуры 90° С около 2л*³воды. В цехе кузнечно-штамповочного производства ЗАО «Авиастар-СП» находится около 20 электрических печей, при условии что все печи работают, к концу смены можно нагреть около 60л*³(за год около 21000л*³) воды до температуры 90°С или больший объем, но до меньшей температуры, что благополучно можно использовать в системах отопления или горячего водоснабжения.

5. Организационно-экономическая часть

5.1 Организация проведения НИР с применением СПУ

Проведение научно-исследовательских работ в дипломном проектировании жестко ограничено временем выполнения дипломной работы. Суммарная продолжительность всех этапов НИР должна соответствовать календарному плану работы над дипломом, хотя ряд работ может выполняться одновременно и параллельно. Для управления процессом НИР разрабатывается сетевой график, где наглядно показаны все этапы работ, сроки и окончания каждого этапа, резервы времени работ.

По внешнему виду сетевой график представляет собой сеть, состоящую из отдельных нитей и узлов, отражающих логическую взаимосвязь и взаимообусловленность всех этапов и видов работ, входящих в общий комплекс НИР.

Далее, в рамках дипломного проекта представлена таблица 6.1 -таблица событий, работ и длительности последних. На рис 6.1 представлен сетевой график проведения НИР.



Рис. 6.1. Сете&ой график

Таблица 6.1 Перечень событий и работ.

События	Работы
Код	Наименование	Код	Наименование	Дл-ть. ДНИ
1	Выдано задание на разработку	1-2	Изучение задания, подбор лит-ры	1
2	Подбор лит-ры завершен	1-3	Проведение патентного поиска	2
3	Патентный поиск завершен	3-4	Анализ результатов патентного поиска	3
4	Прототип выбран	4-5	Изучение прототипа, создание П.М. на его основе	5
5	Прототип рационализирован и улучшен	5-6	Проектирование П.М.	7
6	П.М.-спроектирована	6-7	Расчет технических показателей	3
7	Технические показатели П.М. рассчитаны	2-10	Составление обзора лит-ры	4
8	Заявка на П.М. подана	1-8	Оформление и подача заявки на П.М.	2
9	Патент получен	8-9	Рассматривание заявки и получение патента	7
10	Обзор лит-ры завершен	7-11	Составление отчета	7
11	Отчет составлен	11-12	Оформление записки	3
12	Пояснительная записка оформлена

5.2 Расчет экономической эффективности

Экономическая эффективность проекта характеризуется системой технико-экономических показателей, которые свидетельствуют о прогрессивности решений, принятых в проекте, в сравнении их с действующими технологиями.

Система эффективности включает:

1. частные показатели, которые характеризуют локальные параметры средств и способов производства (трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость и др.);

2. обобщающие показатели, которые дают оценку совокупности затрат и результатов при использовании средств и способов производства (объем производства, себестоимость производства, капитальные затраты, прибыль и др.);

3. результирующие показатели которые отражают улучшение единичных и обобщающих показателей по сравнению с базовым вариантом (прирост объема производства, прирост прибыли, срок окупаемости, годовой экономический эффект и др.).

Годовой экономический эффект рассчитывается по формуле:

Э = (С,+ед)/?-(С₂+ВД), (6.1)

где С,, С₂ -- себестоимость единицы продукции по базовому и

новому варианту, руб;

К₁, К₂ -- капитальные вложения на единицу продукции по базовому и новому варианту, руб;

/3- коэффициент эквивалентности для приведения показателей базового варианта к сопоставимому с проектом виду по объему производства (j3_A), качественным параметрам (/?_/<m(/), фактору времени

Изменений технологического процесса изготовления поковки, в результате которого удалось снизить расход материала на получение поковки детали. Это стало возможным за счет: рационального выбора метода раскроя сортового проката; уменьшения размеров мерной заготовки, кузнечных напусков и припусков, выбора заусенечной канавки с уменьшенной величиной «мостика» канавки, одновременной штамповки двух поковок за раз (ступица педали тормоза).

Произведена модернизации электрической печи сопротивления, с целью утилизации, неиспользуемой во время охлаждения печи теплоты, данный результат обеспечивает установка устройства для утилизации теплоты, конструкция которого подробно описана в заделе «Модернизация электрической печи сопротивления» дипломного проекта.

5.2.1 Определение типа производства

Определим коэффициент занятости участка обработкой заданных деталей (#Д который характеризует степень концентрации производства сходной продукции на участке и определяется как отношение затрат труда на изготовление годовой программы заданной детали к производственной мощности участка или к затратам труда на изготовление всех деталей, закрепленных за участком, в нашем случае Kj остается постоянным и в действующем и в проектном вариантах. Коэффициент занятости участка:

Коэффициент занятости К_} больше 0,02, что означает: производство серийное.

Работу участка организуем поточным методом, который является наиболее прогрессивным. Применяем многопредметную поточную линию, на которой различными партиями производится обработка деталей нескольких наименований, обладающих конструктивно-технологическим сходством. Так как на нашей линии не достигается синхронизация с тактом, то она является прерывной.

Стоимость промышленных зданий рассчитывается исходя из стоимости площади участка, занятого оборудованием. Стоимость промышленных зданий принимается 20000 руб/м².

5_уч=^5_об.К (6.7)

где ]^5_об - суммарная площадь участка, занятая оборудованием, м²

К - коэффициент, учитывающий дополнительную площадь на проходы, проезды и прочее.

S^ - 60м² см.планировку цеха.

Стоимость производственных помещений:

С_прл=Ц-8_уч, (6.8)

где Ц -- цена квадратного метра площади. С_прп = 20000-60 = 1200000руб.

В этом разделе рассчитывается стоимость кузнечного и подъемно-транспортного оборудования по действующим прейскурантам оптовых цен используются, т.к. образом затраты на оснастку будут списываться через себестоимость.

Расчет стоимости ОПФ

В стоимость основных производственных фондов включается стоимость зданий и сооружений, оборудования, инструментов, приспособлений и инвентаря, срок службы которых выше одного года.

Таблица 6.4 Расчет стоимости основных производственных фондов

Наименование	Сумма, руб	Обоснование
Оборудование всего: в т.ч. штамповочное подъемно- транспортное энергетическое	6870000
	6050000
	220000
	600000	3000 руб. на 1 кВт
Здания и сооружения	1200000
Инструменты	340000
Инвентарь, всего в т.ч. производственный хозяйственный	324000
	343500	5 % от стоимости оборуд-я
	17000	1000 руб. на 1 рабочего
Итого	7894500

60000-0,2578 - - -1830-60-0,8-0,034

Итого основных производственных рабочих по всем операциям технологического процесса девять человек. Численность вспомогательных рабочих возьмем 85% от численности основных.

^р_всп = росн * °>⁸⁵ = ⁹' °'⁸⁵ = ⁷-^65<...