Разработка маршрутной технологии изготовления режущего инструмента: резца проходного, фрезы прорезной и метчика машинно-ручного
ВВЕДЕНИЕ
Термическая обработка приобретает все большее
значение как для совершенствования технологических процессов изготовления и
обработки материалов с целью их экономного и рационального использования, так и
для получения заготовок и инструментов с заданными свойствами. В настоящее
время можно считать установленным, что имеющийся опыт и научное обоснование
технологии термообработки позволяют на отдельных стадиях производства во все
возрастающем масштабе использовать изменения температуры (т.к. все изготовленные
из стали изделия в процессе их получения и эксплуатации подвергаются
воздействию многократно изменяющихся температур, с чем связано и изменение
свойств металла) для целенаправленного влияния на технологические и
эксплуатационные свойства металла. Это означает, что область термообработки
быстро расширяется, а само понятие должно охватывать все термические процессы,
целью которых является изменение свойств материала [12].
Повышение качества режущих инструментов - это по
существу вопросы совершенствования технологии термической обработки, важность
научно-технического направления, предусматривающего создание новых и
совершенствование существующих технологических процессов термической обработки.
При этом получение высоких и однородных заданных свойств должно быть обеспечено
автоматизированными термическими операциями в высокопроизводительных агрегатах.
Среди контрольных параметров технологического процесса термической обработки в
последние годы все больше применяются быстродействующие аппаратуры по контролю
и регулированию температурных, деформационных и химических факторов,
определяющих протекание и качество в целом запланированного и реализованного
цикла термической обработки режущего инструмента.
Одним из основных факторов, влияющих на
стойкость режущего инструмента является термическая обработка. Правильное
проведение процесса термической обработки инструмента в большой степени
определяет его дальнейшее поведение в эксплуатации. Помимо придания инструменту
необходимой твердости в сочетании с вязкостью, уменьшение деформации и
обеспечение высокого качества инструмента (оно достигается закалкой и отпуском)
термическая обработка решает и некоторые вспомогательные задача, например,
предварительное улучшение структуры материала инструмента.
Так как режущий инструмент работает при высоких
температурах и скоростях резания, в тяжелых условиях, следовательно, качество
режущего инструмента зависит не только от правильного назначения и проведения
термической обработки, но и от качества стали из которой изготовлен инструмент
и от правильности изготовления [10].
Для получения режущего инструмента высокого
качества необходимо большое внимание уделять снижению трудоемкости
заготовительных процессов, экономии металла и сокращению стоимости заготовки за
счет ее максимального приближения к формам и размерам готовой детали, т.к. от
качества инструмента зависит точность и работоспособность деталей машин.
Высокая стойкость инструмента увеличивает производительность механической
обработки, сокращает расход инструментальной стали и в конечном счете снижает
себестоимость изделий.
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
.1 Производственная программа
термического участка
В номенклатуру изделий, выпускаемых участком
термообработки, входят следующие инструменты: резцы токарные проходные, фрезы
дисковые прорезные, метчики машинно-ручные.
Резцы токарные проходные изготавливаются
составными, из двух частей: режущая часть из твердого сплава Т15К6, державка из
среднеуглеродистой стали 45, по требованию чертежа они должны иметь твердость
державки £ 241 НВ. Такую твердость можно
получить путем отжига нормализационного.
Фрезы дисковые прорезные изготавливаются из
быстрорежущей стали Р6М5 и по требованию чертежа должны иметь твердость 62-65
НRС. Такую твердость можно получить путем трехступенчатой закалки и двукратного
отпуска.
Метчики машинно-ручные изготавливаются сварными.
Режущая часть из быстрорежущей стали Р6М5, хвостовик из низколегированной стали
40Х. По требованию чертежа режущая часть метчиков должна иметь твердость 62-65
НRС, а хвостовик - 35-50 НRС. Такую твердость можно получить путем отдельной
трехступенчатой закалкой и двукратным отпуском режущей части и закалкой с
отпуском хвостовика.
Годовая программа участка термообработки
(таблица 1.1) режущего инструмента делится на 3 группы:
) резцы, подвергаемые отжигу нормализационному;
) фрезы, подвергаемые отжигу, трехступенчатой
закалке и двукратному отпуску;
) метчики, подвергаемые отжигу, трехступенчатой
закалке и двукратному отпуску режущей части, закалке и отпуску - хвостовика.
Таблица 1.1 - Производственная программа
|
Наименование
инструмента
|
Марка
стали
|
Размеры
инструмента в плане, мм
|
Твердость,
НRС
|
Масса
инструмента, кг
|
Годовая
программа
|
|
|
|
|
|
шт.
|
тыс.
т.
|
|
Термообработка:
нормализация
|
|
Резец
проходной
|
45
|
Н×В
= = 25 ×20
|
≤
241 НВ державки
|
0,8
|
80
000
|
64
|
|
Термообработка:
отжиг, трехступенчатая закалка и двукратный отпуск
|
|
Фреза
прорезная
|
Р6М5
|
Æ
200
|
62-65
|
3,6
|
20
000
|
72
|
|
Термообработка:
отжиг, для режущей части - трехступенчатая закалка и двукратный отпуск, для
хвостовика - закалка и отпуск
|
|
Метчик
машинно-ручной
|
Режущая
часть- Р6М5,хво-стовая часть- 40Х
|
М52
|
Режущая
часть- 62-65, хвостовая часть - 35-50
|
2,8
|
30
000
|
84
|
|
|
|
|
Итого:
|
100130
|
220
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.2 Краткая характеристика
инструмента, который подвергается термической обработке
Резцы проходные отогнутые являются простейшими и
наиболее распространенными однолезвийными режущими инструментами, которые
используются для обработки поверхностей цилиндрических валов, конических
поверхностей большой длины, при точении фасонных поверхностей, при сложном
движении подачи резца, соответствующего профилю обрабатываемой детали. Резцы
получили широкое применение из-за их универсальности, большой жесткости
возможности вести обработку в трудно доступных местах. В целях экономии
дорогостоящих материалов и повышения стойкости и долговечности резцов, их
изготавливают составными. Режущую часть изготавливают из твердого сплава Т15К6,
который наплавляют на державку, изготовленную из стали 45. При работе резца его
режущая часть клиновидной формы под действием силы, передаваемой механизмом
сжатия, врезается в поверхностный слой заготовки, сжимая его. В этом сжатом
слое возникают внутренние напряжения. Когда при движении резца они превысят
напряжение, допускаемые силами сцепления между молекулами материала, сжатый
элемент сломается и сдвинется вверх по передней поверхности резца. При движении
резец сжимает, скалывает и сдвигает очередные элементы материала, образуя
стружку.
Фреза прорезная представляет собой тело
вращения, на поверхности которого размещены режущие зубья, предназначенные для
фрезерования. Фрезерование - один из высокопроизводительных и распространенных
методов обработки поверхностей заготовок многолезвийным режущим инструментом.
Фреза совершает главное вращательное движение, а обрабатываемая заготовка -
поступательное или вращательное движение подачи. Особенность процесса
фрезерования - прерывистость резания каждым зубом фрезы. Зуб фрезы находится в
контакте с заготовкой и выполняет работу резания только на некоторой части
оборота, а затем продолжает движение, не касаясь заготовки, до следующего
врезания.
Метчик машинно-ручной - инструмент,
предназначенный для образования внутренней резьбы. Метчик представляет собой
винт с прорезанными прямыми канавками, образующими режущие кромки. Метчик
состоит из двух частей (в связи с высокой стоимостью быстрорежущей стали):
режущей части из стали Р6М5 и хвостовика из стали 40Х. Обе части соединяются с
помощью стыковой сварки.
1.3 Выбор материала
Все режущие инструменты объединяет то, что в
процессе резания режущая часть инструмента внедряется в обрабатываемую деталь и
отрывает частицы металла (в виде стружки). В процессе эксплуатации режущий
инструмент испытывает высокие контактные напряжения и давления на рабочую
кромку. Рабочая кромка находится в условиях, близких к неравномерному всестороннему
сжатию и переводящих металл в более пластичное состояние в следствии
возрастания доли касательных напряжений. При очень высоких напряжениях
происходит деформация поверхностного слоя либо всего инструмента. Поэтому
режущий инструмент должен быть стойким, прочным, иметь высокую твердость,
превышающую твердость обрабатываемого материала. Кроме того, инструмент должен
быть вязким, т.к. при низкой вязкости образуются трещины, приводящие к поломке
инструмента.
В процессе работы режущего инструмента происходит
непрерывное трение, что вызывает износ поверхности режущей кромки инструмента.
Потому режущий инструмент должен быть износостойким.
Механическая энергия в процессе резания
превращается в тепловую. Происходит нагрев инструмента, обрабатываемой заготовки
и стружки. При работе с большими скоростями резания и при снятии стружки
большого сечения режущая кромка инструмента нагревается до высокой температуры,
что приводит к снижению твердости. Поэтому инструмент должен быть теплостойким
[1].
Резец проходной
Державка резца проходного изготовлена из стали
45, которая обладает достаточно высокой жесткостью, прочностью при
незначительном истирании, не склонна к отпускной хрупкости и
флокенообразованию, хорошо обрабатывается резанием в горячем состоянии. Сталь
45 доступная и недорогая.
Химический состав стали 45 приведен в таблице
1.2, механические свойства в таблице 1.3.
Таблица 1.2 - Химический состав стали 45, %
(ГОСТ 1050-74)
|
C
|
Si
|
Mn
|
Cr
|
S
|
P
|
Cu
|
Ni
|
As
|
|
|
|
не
более
|
|
0,42-0,50
|
0,17-0,37
|
0,50-0,80
|
0,25
|
0,04
|
0,035
|
0,25
|
0,25
|
0,08
|
Таблица 1.3 - Механические свойства стали 45
|
Состояние
поставки, режим термообработки
|
Сечение
мм
|
s0,2
|
sв
|
d5
|
y
|
KCU,
Дж/см2
|
НВ
|
|
|
МПа
|
%
|
|
|
|
|
не
менее
|
|
|
|
Сталь
горячекатанная, кованная, калиброванная
|
25
|
-
|
600
|
16
|
40
|
-
|
£
241
|
|
Нормализация
850 ±
10 °С,
охлаждение на воздухе
|
|
275
|
530
|
20
|
40
|
44
|
|
Фреза прорезная
До настоящего времени фрезы данного типа
изготавливались из стали Р18 (механические свойства которой приведены в таблице
1.4). Это дорогая и дефицитная сталь, поэтому заменяем ее на более дешевую и
менее дефицитную сталь Р6М5, кроме того, эта сталь имеет более высокую
износостойкость.
Таблица 1.4 - Механические свойства стали Р18
|
Термообработка
|
sв
при растяж.
|
sв
при сжатии
|
sв
при изгибе
|
KCU,
кДж/см2
|
НRС
|
|
МПа
|
|
|
|
Закалка:
І подогрев - 550-650 °С, ІІ подогрев - 800-850 °С,
ІІІ подогрев - 1220-1230 °С, масло. Двукратный отпуск
при 550-570 °С, воздух
|
237
|
345
|
300
|
3,5
|
63-64
|
|
|
|
|
|
|
|
Сталь Р6М5 обладает удовлетворительной
шлифуемостью, низкой склонностью к обезуглероживанию, для предотвращения которой
при закалке рекомендуется раскислять соляные ванны наиболее эффективным
ректификатором - фтористым магнием в количестве: 5 % от веса соли - ванна
окончательного нагрева, 3 % - ванна ІІ подогрева [2,3].
Химический состав стали Р6М5 приведен в таблице 1.5,
механические свойства после термообработки в таблице 1.6.
Таблица 1.5 - Химический состав стали Р6М5, %
(ГОСТ 19265-73)
|
С
|
Si
|
Mn
|
Cr
|
W
|
V
|
Mo
|
Ni
|
S
|
P
|
|
не
более
|
|
|
|
|
не
более
|
|
0,80-0,88
|
0,5
|
0,4
|
3,8-4,4
|
5,5-6,5
|
1,7-2,1
|
5,0-5,5
|
0,4
|
0,025
|
0,035
|
Таблица 1.6 - Механические свойства после
термообработки стали Р6М5
|
Термообработка
|
sв
при растяж.
|
sв
при сжатии
|
sв
при изгибе
|
KCU,
кДж/см2
|
НRС
|
|
МПа
|
|
|
|
Закалка:
І подогрев - 500-600 °С, ІІ подогрев - 800-850 °С,
ІІІ подогрев - 1210-1230 °С, масло. Двукратный отпуск
при 550-570 °С, воздух
|
212
|
405
|
380
|
5,2
|
64-65
|
Метчик машинно-ручной
Метчик данного типа изготавливается составным в
связи с высокой стоимостью быстрорежущей стали и с учетом того, что инструмент
с размером более 10 мм в сечении (у метчика 52 мм) экономически более выгодно
изготовлять сварным. Поэтому для изготовления режущей части метчика выбираем
сталь Р6М5 (см. 1.3.2), а для хвостовика - сталь 40Х, т.к. она примерно в 17
раз дешевле быстрорежущей стали [3,4].
Химический состав стали Р6М5 приведен в таблице
1.5, а стали 40Х в таблице 1.7. Механические свойства стали Р6М5 после
термообработки в таблице 1.6, стали 40Х в таблице 1.8.
Таблица 1.7 - Химический состав стали 40Х, %
(ГОСТ 4543-71)
|
C
|
Si
|
Mn
|
Cr
|
Ni
|
Cu
|
S
|
Р
|
|
|
|
|
не
более
|
|
0,36-0,44
|
0,17-0,37
|
0,50-0,80
|
0,80-1,10
|
0,30
|
0,30
|
0,035
|
0,035
|
Таблица 1.8 - Механические свойства стали 40Х
|
Состояние
поставки, режим термообработки
|
Сечение,
мм
|
КП
|
s0,2
|
sв
|
d5
|
y
|
KCU,
Дж/см2
|
НВ
|
НRС
|
|
|
|
МПа
|
%
|
|
|
|
|
|
|
не
менее
|
|
|
|
|
Сталь
горячекатанная. Отжиг при 980 ± 10 °С,
охлаждение с печью до 815 °С, воздух
|
52
|
345
|
345
|
590
|
18
|
45
|
59
|
£
217
|
-
|
|
Закалка
830-840 °С, масло. Отпуск 450 - 500 °С,
воздух
|
|
-
|
1390
|
1
610
|
8
|
35
|
20
|
-
|
40-50
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.4 Разработка маршрутной технологи
изготовления режущего инструмента
Резец проходной
|
Заготовитель-
ный участок
|
|
Термический
участок
|
|
Механический
участок
|
|
Заготовка
(рубка, ковка)
|
|
Предварительная
термообработка: отжиг нормализационный
|
|
Механическая
обработка (фрезерование, зачистка)
|
|
Участок
ТВЧ
|
|
|
|
|
|
Пайка
(наплавка пластины). Контроль пайки и наличия трещин
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фреза прорезная
|
Заготовитель
но-пресcовый участок
|
|
Кузнечно-штамповочный
участок
|
|
Термический
участок
|
|
Механический
участок
|
|
Заготовка
|
|
Штамповка
|
|
Предварительная
термообработка: отжиг
|
|
Механическая
обработка (проточка, шлифовка, фрезеровка)
|
|
Термический
участок
|
|
|
Механический
участок
|
|
|
Окончательная
термообработка: закалка + отпуск. Контроль поверхности, плоскостности.
Правка.
|
|
|
Окончательная
механическая обработка (шлифовка, заточка, маркировка)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Метчик машинно-ручной
|
Заготовительный
участок
|
|
Термический
участок
|
|
Механический
участок
|
|
|
Заготовка
(резка, сварка)
|
|
Предварительная
термообработка: отжиг
|
|
Механическая
обработка (правка, обточка, нарезка резьбы, фрезерование)
|
|
|
Термический
участок
|
|
|
|
Механический
участок
|
|
Окончательная
термообработка: для режущей части трехступенчатая закалка + двукратный
отпуск, для хвостовика - закалка + отпуск. Контроль поверхности
|
|
|
|
Окончательная
механическая обработка (шлифовка, заточка, маркировка)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5 Разработка технологического
процесса термической обработки режущего инструмента
Разработка технологического процесса и
назначение технологических параметров термической обработки проходного резца.
Технологический процесс изготовления проходного
резца предусматривает отжиг нормализационный, который включает следующие
операции:
а) нагрев резца в электрической камерной печи
типа СНО 8.16.5/10 до температуры 850°С:
продолжительность нагрева инструмента до этой
температуры 40-45 минут, определялась следующим образом [5]:
τн = 0,1×
Д1×
К1×
К2×
К3, мин (1.1)
где Д1 - сечение инструмента, мм;
К1 - коэффициент формы (для пластины - 4);
К2 - коэффициент среды нагрева (для воздуха -
2);
К3-коэффициент неравномерности нагрева (К3 = 4);
τн = 0,1×12,5×4×2×4
= 40 (мин.);
выдержка при температуре нагрева 15 минут, определялась
из расчета 1мин ×1мм сечения резца [5]: 1×12,5
= 12,5 (мин.);
охлаждение на спокойном воздухе до температуры
участка;
б) зачистка 10 % заготовок от партии на
обдирочно-шлифовальном станке проводится с целью очистки поверхности
инструмента, для более точного определения твердости;
в) проверка твердости 10 % заготовок
осуществляется по методу Бринелля;
г) контроль режима термообработки осуществляется
с помощью потенциометра КСП-3, преобразователя термоэлектрического ТХА-0806 и
часов электрических ПЧК-16р, т.к. потенциометр КСП-3 относится к группе самых
точных приборов с допустимой погрешностью измерений не более ± 0,5% от верхнего
предела температуры шкалы [6].
Отжиг нормализационный - это процесс термической
обработки, заключающийся в нагреве доэвтектоидной стали 45 до температуры 850 °С,
т.е. превышающей точку АС3 на 50 °С,
непродолжительной выдержке в течении 15 минут для прогрева садки и завершения
фазовых превращений и охлаждении на воздухе (см. рисунок 1.1)
Нормализация вызывает полную фазовую перекристаллизацию
стали 45 и устраняет крупнозернистую структуру, полученную при ковке.
Охлаждение на воздухе приводит к распаду аустенита, а количество
образовывающегося перлита увеличивается, он получается более дисперсным, так
как частично подавляет выделение феррита, и образуется квазиэвтектоид (см.
рисунок 1.2).
Рисунок 1.1 - Схема нормализационного отжига и
термокинетическая диаграмма доэвтектоидной стали 45
Рисунок 1.2 - Изменение размера
зерна при фазовой перекристаллизации доэвтектоидной стали 45
В процессе нормализации
горячекатаной стали 45 повышается ее прочность и твердость, сопротивление
хрупкому разрушению, снижается порог хладноломкости. Нормализация обеспечивает
большую производительность при обработке резанием и получение более чистой
поверхности, а по сравнению с отжигом она является более экономичной операцией,
т.к. не требует охлаждения вместе с печью [7,8].
Для осуществления нормализационного
отжига выбрана электрическая печь типа СНО 8.16.5/10, т.к. она по своей
производительности обеспечивает выполнение производственной программы и
необходимый температурный интервал режима термообработки.
Разработка технологического процесса
и назначение технологических параметров термообработки фрезы прорезной.
Технологический процесс изготовления
фрезы прорезной предусматривает предварительную и окончательную термообработку.
Технологические задачи
предварительной термообработки заготовок инструмента включают: улучшение
обрабатываемости стали Р6М5, снятие внутренних напряжений, снижение твердости,
повышение пластичности. В качестве предварительной термообработки фрезы
прорезной назначен отжиг, который включает следующие операции:
а) нагрев инструмента в
электрической камерной печи типа СНО 8.16.5/10 до температуры 980 °С ± 10 °С:
продолжительность нагрева 60 - 80
мин. [9];
выдержка при температуре нагрева 20
минут, определялась из расчета ¼ от температуры нагрева [9];
охлаждение с печью до 815 °С 20 мин, затем на воздухе до
температуры участка;
б) зачистка 10 % заготовок от партии
на обдирочно-шлифовальном станке;
в) контроль твердости 10 % заготовок
осуществляется по методу Бринелля;
г) контроль режима термообработки
осуществляется с помощью потенциометра КСП-3, преобразователя
термоэлектрического ТХА-0806 и часов электрических ПЧК-16р.
На предприятии ОАО «ХК
«Лугансктепловоз» предварительная термообработка (отжиг) режущего инструмента
из быстрорежущей стали Р6М5 проводится при температуре 850 ± 10 °С, которая ниже критической
точки А3.
Рисунок 1.3 - Режим предварительной
термообработки (отжиг) фрезы прорезной из стали Р6М5
В данном дипломном проекте предлагается
проводить отжиг (рисунок 1.3) инструмента из стали Р6М5 при температуре 980 °С,
т.е. выше А3. Так как температура отжига оказывает существенное влияние на
прочность стали Р6М5 после закалки и отпуска. Прочность стали после
окончательной термообработки снижается в случае предварительного отжига при
температурах 860-880 °С. Для быстрорежущих сталей это
снижение твердости достигает 20-30 % по сравнению с отжигом при температурах
выше А3. Снижение прочности в этом случае можно объяснить увеличением
количества остаточного аустенита после закалки и вторичного мартенсита после
отпуска.
Повышение температуры нагрева при отжиге (выше
900 °С)
благоприятно сказывается на снижении склонности к перегреву и разнозернистости
при закалке, что объясняется влиянием температуры нагрева при отжиге на полноту
a-g
превращения и размер зерна аустенита, размер и распределение вторичных
карбидов, полученных после отжига. При нагреве до 860 °С,
т.е. ниже А3, из-за неполной перекристаллизации многие зерна сохраняют размеры,
полученные после горячей пластической деформации, и неравномерны по форме и
величине.
В этом случае при охлаждении вторичные карбиды
выделяются по границам этих зерен. Нагрев выше А3 до температуры 980 °С
приводит к полному, практически мгновенному a-g
превращению, перекристаллизации, в результате чего образуются равномерные
мелкие зерна аустенита.
При охлаждении от температуры аустенизации до А3
происходит выделение карбидов по границам образовавшихся мелких зерен аустенита
и рост карбидов, нерастворившихся при нагреве. Затем происходит a-g
превращение в интервале А3-А1. С увеличением скорости охлаждения процессы
выделения карбидов и a-g превращения
замедляются, что сказывается на твердости отожженной стали. Скорость охлаждения
ниже А1 не влияет на структуру и свойства стали.
Таким образом, отжиг с полной фазовой a-g
перекристаллизацией, обеспечивает снижение твердости (НВ 212-127) отожженной
стали Р6М5 (по режиму, проводимому на заводе НВ 235-241), получение однородной
структуры и повышение стабильности основных свойств режущего инструмента после
закалки и отпуска, улучшается обрабатываемость стали, снижается число поломок и
повышается стойкость инструмента [9].
Технологические задачи окончательной
термообработки фрезы - получение требуемых свойств готового инструмента,
которые указаны в 1.3.2 таблица 1.6. Технология окончательной термообработки
фрезы прорезной состоит из трехступенчатой закалки (для того, чтобы снизить
опасность образования трещин) и двукратного отпуска и включает следующие
операции:
а) первый подогрев проводится в нагревательном
газовом колодце до температуры 500-600 °С:
продолжительность нагрева 14-20 минут,
определялась из расчета 1,4 мин × мм сечения фрезы [10]:
1,4 ×
10 = 14 мин.
Второй нагрев проводится в соляной ванне до
температуры 800-850 °С:
продолжительность нагрева и выдержки 3 мин,
определялась из расчета 18 сек ×1 мм сечения фрезы [6]:
18 ×
10 = 180 сек = 3 мин.
Окончательный нагрев проводится в
высокотемпературной соляной ванне до температуры 1210-1230 °С:
продолжительность нагрева и выдержки 2-2,5 мин.,
определяется из расчета 12 сек × 1 мм сечения фрезы
[6]:
12 ×10
= 120 сек = 2 мин;
охлаждение в масле;
б)двукратный отпуск проводится в электродной
селитровой ванне при температуре 560 ± 10 °С:
продолжительность каждого отпуска 1 час [11];
охлаждение после каждого отпуска на воздухе;
в) очистка готового инструмента от остатков
селитры в пескоструйной камере;
г) зачистка 100 % фрез шкуркой шлифовальной;
д) контроль твердости 100 % фрез осуществляется
по методу Роквелла;
е) контроль плоскостности при помощи щупа;
ж) правка на правильно-винтовом прессе;
з) контроль режимов термообработки
осуществляется с помощью потенциометра КСП-3, преобразователя
термоэлектрического ТХА-0806, часов электрических ПЧК3-16р.
Закалка (рисунок 1.4) заключается в
трехступенчатом нагреве стали Р6М5 до температуры близкой к ее плавлению
1210-1230 °С и выдержке в течении 2-2,5 минут при этой
температуре. Такой нагрев необходим для более полного растворения в аустените
вторичных карбидов и повышению его легированности, изменению величины зерна. Однако
даже при столь высоком нагреве часть карбидов (в основном Ме6С с высокой
концентрацией вольфрама) остается нерастворенной и сохраняет мелкозернистость
аустенита. Превращения, протекающие при охлаждении показаны с помощью диаграммы
изотермического превращения аустенита (рисунок 1.5).
Рисунок 1.4 - Схема окончательной термообработки
фрез прорезных из стали Р6М5
Для быстрорежущей стали характерны [12]:
а) значительное время, необходимое для
превращения аустенита в перлитные и бейнитные структуры;
б) наличие выделений заэвтектоидных карбидов;
в) низкое положение интервала мартенситного
превращения, в частности точки конца этого превращения. Малая критическая
скорость охлаждения, которая обуславливает значительное время (инкубационный
период) превращения аустенита в перлитной и бейнитной области, позволяет
проводить закалку стали Р6М5 с ускоренным охлаждением в масле, в результате
чего сталь приобретает лучшую красностойкость, механические и режущие свойства.
Структура стали после закалки состоит из мартенсита, остаточного аустенита и
нерастворившихся при нагреве карбидов [13].
При закалке фрез прорезных в качестве
нагревательного оборудования выбраны: для предварительного подогрева газовый
колодец, который обеспечивает полное просушивание инструмента для избежания
взрыва при последующем нагреве в соляной ванне и предварительный прогрев
инструмента для избежания образования трещин; для второго и окончательного
нагрева инструмента выбраны соляные ванны, что обусловлено следующими
преимуществами нагрева в жидких средах по сравнению с нагревом в печах [11]:
|
Рисунок
1.5 - Диаграмма изотермического превращения аустенита стали Р6М5
|
|
Рисунок
1.6 - Зависимость твердости и количества остаточного аустенита от температуры
закалки стали Р6М5
|
а) жидкая среда обеспечивает одинаковую
интенсивность нагрева со всех сторон, получение однородной структуры и свойств,
уменьшает величину закалочной деформации инструмента;
б) жидкая среда, защищая нагреваемый инструмент
от непосредственного воздействия кислорода и воздуха, препятствует окислению
его поверхности в процессе нагрева;
в) в момент переноса закаленного инструмента в
охлаждающую среду на его поверхности сохраняется тонкая пленка застывшей соли,
которая защищает инструмент от интенсивного окисления в процессе охлаждения.
Отпуск (рисунок 1.4) заключается в нагреве
закаленной стали до температуры ниже АС1, выдержке при заданной температуре с
последующем охлаждением на воздухе.
Фрезы из быстрорежущей стали Р6М5 подвергаем
отпуску при 560 °С с охлаждением на воздухе с целью
возможно более полного уменьшения количества остаточного аустенита (желательно
до 2-3 %), резко ухудшающего режущие свойства инструментов; отпуска мартенсита
закалки и образовавшегося при превращении остаточного аустенита и вторичного
мартенсита, а также уменьшения закалочных внутренних напряжений. В результате
отпуска твердость стали Р6М5 не изменяется, либо немного возрастает в
результате дисперсионного твердения мартенсита и распада остаточного аустенита.
В микроструктуре отпущенной стали Р6М5 выявляются мартенсит и карбиды без
заметных участков аустенита.
Для полного распада остаточного аустенита
проводим отпуск второй раз, однако наибольшее количество аустенита превращается
уже при первом отпуске.
Обеднение аустенита при отпуске, являющееся
термически активируемым процессом, зависит от температурно-временных условий.
Так количество остаточного аустенита снижается почти одинаково при отпуске 560 °С
в течении 40-60 минут. Большая выдержка при высоких температурах приводит к
коагуляции выделившихся карбидов и недопустимому снижению твердости.
Двукратный отпуск повышает сопротивление
пластической деформации (в результате превращения остаточного аустенита) и в то
же время повышает вязкость, и прочность быстрорежущей стали Р6М5, что приводит
к повышенной стойкости инструмента. Повышение прочности и вязкости связано с
отпуском мартенсита. При каждом цикле отпуска снимаются напряжения в ранее
образовавшемся мартенсите, но возникают новые за счет превращения
дополнительных порций аустенита. Так как при каждом следующем отпуске
количество превращающегося аустенита уменьшается, то напряжения будут все
меньше и меньше. Поэтому наибольшее повышение прочности и вязкости наблюдается
в результате второго отпуска.
Отпуск следует выполнять по возможности сразу же
после закалки. Это связано как с опасностью возникновения трещин, так и со
стабилизацией остаточного аустенита при выдержке более 3-5 ч при комнатной
температуре, в результате превращение аустенита при отпуске идет не столь интенсивно
[1,10,13].
Для проведения отпуска выбрана селитровая ванна,
т.к. жидкая среда обеспечивает равномерную интенсивность нагрева со всех сторон
инструмента.
Разработка технологического процесса и
назначение технологических параметров термообработки метчика машинно-ручного.
Технологический процесс изготовления метчика
машинно-ручного предусматривает предварительную и окончательную термообработку.
Технологические задачи предварительной
термообработки заготовок инструмента включают: улучшение обрабатываемости стали
Р6М5 и 40Х, снятие внутренних напряжений, снижение твердости и повышение
пластичности.
В качестве предварительной термообработки
метчика машинно-ручного назначен отжиг, который включает следующие операции:
а) нагрев инструмента в электрической камерной
печи типа СНО 8.16.5/10 до температуры 980 ± 10 °С:
продолжительность нагрева 100-120 мин.[9];
выдержка при температуре нагрева 30 минут,
определялась из расчета ¼ от
температуры нагрева [9];
охлаждение с печью в течении 30 минут до 815 °С,
затем охлаждение на воздухе до температуры участка [9];
б) зачистка 10 % заготовок от партии на
обдирочно-шлифовальном станке;
в) контроль твердости 10 % заготовок
осуществляется по методу Бринелля;
г) контроль режимов термообработки
осуществляется с помощью потенциометра КСП-3, преобразователя
термоэлектрического ТХА-0806, часов электрических ПЧК3-16р.
Отжиг для метчика проводится по такому же
режиму, как и для фрезы.
Технологические задачи окончательной
термообработки метчика - получение требуемых свойств готового инструмента,
которые указаны в 1.3.2 таблице 1.6 - для режущей части, в 1.3.3 таблица 1.8 -
для хвостовой части метчика.
Технология окончательной термообработки метчика
машинно-ручного состоит из отдельной термообработки для режущей и хвостовой
частей. Термообработка режущей части метчика состоит из трехступенчатой закалки
(для того, чтобы снизить опасность образования трещин в инструменте) и
двукратного отпуска, которые включают следующие операции:
первый подогрев проводится в нагревательном
колодце до температуры 500-600 °С:
продолжительность нагрева 30 -35 мин.,
определяется из расчета:
,2 мин × мм сечения режущей
части метчика = 1,2 × 26 = 31,2 мин. [10].
Второй подогрев проводится в соляной ванне до
температуры 800-850 °С:
продолжительность нагрева 7-10 мин.,
определяется из расчета 15 сек 1мм сечения = 15 ×
26 = 390 сек. = 6,5 мин. [6];
продолжительность нагрева и выдержки 4-6 мин.,
определяется из расчета: 9 сек ×1мм сечения = 9 ×
26 = 234 сек. = 3,9 мин. [6];
охлаждение в масле.
Двукратный отпуск режущей части метчика состоит
из следующих операций:
двукратный нагрев проводится в электродной
селитровой ванне до температуры 560 ± 10 °С:
продолжительность каждого отпуска 1 час [6];
охлаждение на воздухе.
Закалка и отпуск (рисунок 1.4) режущей части
метчика из стали Р6М5 аналогична закалке фрез (см. 1.5.2), отличаясь только
временем нагрева и выдержки, которые указаны выше.
Термообработка хвостовой части метчика состоит
из закалки и отпуска, которые включают следующие операции:
а) нагрев хвостовой части метчика под закалку до
температуры 830-840 °С проводится в соляной ванне:
продолжительность нагрева и выдержки 6-8 мин.,
определяется из расчета: 20 сек × 1мм сечения
хвостовой части = 20 × 17,5 = 350 сек = 5,8 мин. [11];
охлаждение в масле;
б) отпуск хвостовой части метчика проводится в
электродной селитровой ванне при температуре 450-500 °С:
продолжительность каждого отпуска 1,5 ч [6];
охлаждение на воздухе;
в) очистка метчиков от остатков селитры в
пескоструйной камере;
г) зачистка хвостовой и режущей частей всех
метчиков шкуркой шлифовальной;
д) контроль твердости режущей и хвостовой частей
всех метчиков проводится по методу Роквелла;
е) контроль режимов термообработки
осуществляется с помощью потенциометра КСП-3, преобразователя
термоэлектрического ТСА-0806, часов электрических ПЧК3-16р.
Закалка (рисунок 1.7) хвостовой части метчиков
из стали 40Х заключается в нагреве до 840 °С, т.е. выше АС3 на
30-50 °С.
В этом случае сталь 40Х с исходной структурой П+Ф при нагреве приобретает
аустенитную структуру, которая при последующем охлаждении в масле со скоростью
выше критической (рисунок1.8) превращается в мартенсит. В результате закалки
прочность и твердость стали 40Х повышается, а пластичность понижается [1,3].
Отпуск (рисунок 1.7) хвостовой части метчика из
стали 40Х проводим при температуре 450-500 °С. Такой отпуск
обеспечивает высокий пределы упругости и выносливости и релаксационную
стойкость. Структура стали 40Х после отпуска - Сотп, а твердость 35-50 НRС
[3,5].
Рисунок 1.7 - Схема окончательной термообработки
хвостовой части метчиков из стали 40Х
Рисунок 1.8 -Диаграмма изотермического превращения
аустенита стали 40Х, на которой указана скорость охлаждения при закалке
1.6 Контроль технологических режимов
и качества режущего инструмента
Контрольно-измерительная аппаратура
электрических камерных печей для отжига.
Подача в электропечь электроэнергии, контроль и
регулирование температуры осуществляется шкафом. На передней панели шкафа
расположены прибор теплового контроля для измерения и регулирования
температуры, ручка переключателя на ручной и автоматический режимы управления
нагревом, сигнальные лампы.
Датчиком температуры является
термопреобразователь, который соединяется компенсационным проводом с прибором
теплового контроля.
На электропечи предусмотрена звуковая
сигнализация падения температуры, которая включается потенциометром при снижении
температуры в электропечи ниже 750 °С. В этом случае,
обслуживающий персонал должен отключить подачу воздуха в электропечь и
устранить причину падения температуры.
На электропечи имеется блокировка, которая
обеспечивает отключение питания нагревателей в начальный момент подъема дверцы
и не позволяет включить подачу электропитания для нагревателей до полного
опускания дверцы.
Контрольно-измерительная аппаратура соляных и
селитровых ванн
Ванны оборудованы световой и звуковой
сигнализацией, предупреждающей работающих о превышении максимально допустимой
температуры нагрева расплава и отключающая ванну от электросети. Электропитание
ванн осуществляется через печной трансформатор (максимальное рабочее напряжение
на электродах 12 В, пусковое - 18,5 В) от щита управления.
Контроль и регулирование температуры в ваннах
осуществляется термопарой, подключенной к автоматическому электронному
потенциометру типа КСП-3. Контроль температуры ванн и работу электронного
потенциометра производится контрольной термопарой, которая установлена в ванне
в месте свободном от загружаемых приспособлений.
Контроль качества изделий после термообработки
Основными видами контроля качества режущего
инструмента после термообработки являются:
а) визуальный контроль для выявления трещин,
оплавления режущей кромки инструмента и прочих поверхностных дефектов;
б) определение твердости инструмента;
в) контроль микроструктуры инструмента на
качество отпуска в количестве 2-3 % от садки;
г) визуальный контроль после обдувки на
пескоструйном аппарате - 100 %.
Контролю твердости инструмент подвергается:
а) после отжига - 10 % заготовок от партии;
б) после отпуска - 100 % партии.
Контроль твердости производится с помощью
приборов:
а) ТБ-2М (пресс Бринелля) - для отожженного
инструмента;
б) ТК-14-250 (прибор Роквелла) - для отпущенного
инструмента.
Эти методы основаны на вдавливании закаленного
шарика (твердомер ТБ-2М) и алмазного конуса (твердомер ТК-14-250). Твердость
определяем по величине получаемого отпечатка, на приборе Роквелла значение
твердости сразу указывается на шкале индикатора. Условия испытания и
характеристика приборов приведены в таблице 1.9.
Таблица 1.9 - Техническая характеристика
приборов для определения твердости
|
Тип
прибора
|
Метод
определения твердости
|
Нагрузка,
кг
|
Вид
наконечника
|
Пределы
измерения
|
|
ТБ-2М
(Бринелль)
|
Вдавливание
стального закаленного шарика
|
1000
|
Стальные
шарики диаметром: 5,0 мм
|
НВ
8-450
|
|
ТК-14-250
(Роквелл)
|
Вдавливание
алмазного конуса с приложением предварительной нагрузки 10 кг
|
150
|
Алмазный
конус углом при вершине 120 °
|
НRС
20-67
|
Производительность приборов колеблется в
пределах: ТБ-2М 50-80 шт/ч, ТК-14-250 70-150 шт/ч [14].
После отжига и перед проверкой твердости
заготовки инструмента подвергаются шлифованию на обдирочно-шлифовальном станке,
что будет обеспечивать получение точных замеров твердости. Шлифование
осуществляется с использованием быстро вращающегося абразивного круга. Окружная
скорость круга составляет 8-50 м/с и выше в зависимости от твердости
обрабатываемого материала (чем тверже материал, тем меньше скорость), наличия
охлаждения и других условий. При вращении круга и подаче заготовки, происходит
срезание лишнего материала с заготовки с образованием мельчайшей стружки. Также
шлифование обеспечивает высокую точность (до 0,002 мм) и необходимый класс шероховатости
поверхности (Rа = 0,15¸1,2 мкм) [15].
В процессе закалки фрезы коробятся в следствии
возникших внутренних напряжений. Это вызывает необходимость проверять такой
инструмент на биение. Деформированный инструмент подвергаем правке на
правильном винтовом прессе. Правка таким прессом осуществляется путем
постоянного надавливания наконечника до полного выправления инструмента.
Наконечник перемещается вниз при вращающем движении махового колеса [10].
1.7 Расчет трудоемкости
термообработки режущего инструмента
Для определения трудоемкости термической
обработки в условиях серийного производства применяем расчет по укрупненным
показателям. Общая трудоемкость термообработки определяется по формуле, чел-ч:
Тобщ = 
, (1.2)
где 
- количество производственных
рабочих;
- действительный годовой фонд
времени рабочих, ч (см. в таблице 1.10).
Количество производственных рабочих
определяется расстановочным способом, т.е. по нормам для обслуживания
оборудования. На три камерные печи для отжига - три человека, на три соляные
ванны для закалки фрез - три человека, на две селитровые ванны для отпуска -
один человек, на четыре соляные ванны для закалки метчиков - четыре человека,
на три селитровые ванны для отпуска - один человек. Количество вспомогательных
рабочих принимаем из расчета 30-40 % от числа основных производственных рабочих
(в одну смену 12 чел.) на механизированном участке термообработке режущего
инструмента. Следовательно, количество вспомогательных рабочих равно 5 чел.
Годовой фонд времени для одного
рабочего при двухсменном режиме работы и с учетом того что, продолжительность
нормальной смены в среднем 8,2 ч, количество рабочих дней в году 253,
предпраздничных 6 дней, составляет:
(253 × 8,2 - 6) ×2 = 4 140 ч
Таблица 1.10 - Действительный
годовой фонд времени рабочего
|
Длительность
рабочей недели, ч
|
Продолжительность
основного отпуска, в днях
|
Номинальный
фонд времени рабочего, ч
|
Потери
от номинального фонда времени, %
|
Действительный
годовой фонд времени рабочего, ч
|
|
41
|
24
|
4
140
|
4
|
3
975
|
Общая трудоемкость термообработки (отжиг - 1
чел.) резцов проходных при двусменном режиме работы определяется:
= 1 × 2 = 2 (чел)
Т общ = 2 × 3 975 = 7
950 (чел/ч)
Общая трудоемкость термообработки
(отжиг - 1 чел, закалка - 3 чел, отпуск - 1 чел) фрез прорезных при двусменном
режиме работы определяется:
= 5 × 2 = 10 (чел)
Т общ = 10 × 3 975 = 39
750 (чел/ч)
Общая трудоемкость термообработки (отжиг - 1
чел, закалка - 4 чел, отпуск - 1 чел) метчиков ручных при двусменном режиме
работы определяется:
= 6 × 2 = 12 (чел)
Тобщ = 12 × 3 975 = 47
700 (чел/ч)
Трудоемкость термической обработки 1
т инструмента, чел-ч/т определяется по формуле:
Тр = 
, (1.3)
где Пі - годовая программа термообработки,
т;
Тобщ - общая трудоемкость
термообработки, чел-ч.
Трудоемкость термообработки 1 т
резцов проходных:
Тр = 
= 124,2 (чел-ч/т)
Трудоемкость термообработки 1 т фрез
прорезных:
Тр = 
= 552,1 (чел-ч/т)
Трудоемкость термообработки 1 т
метчиков машинно-ручных:
Тр = 
= 567,8 (чел-ч/т).
2. ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
.1 Определение действительного
годового фонда времени работы оборудования
Установлена 41 часовая рабочая
неделя с пятью рабочими и двумя выходными днями. Продолжительность смены в
среднем 8,2 часа. В году 365 дней из которых: рабочих --253 дня, выходных -104
дня, праздничных -8, предпраздничных - 6 дней.
Действительный годовой фонд времени
работы оборудования в условиях прерывной рабочей недели определяется по формуле:
Фд = Фн × (1-
), (2.1)
где П + Р - затраты времени на
ремонт и переналадку оборудования равны 15 %;
Фн - номинальный фонд времени работы
оборудования определяется по формуле:
Фн = (365 - В - С) × Зt, (2.2)
где В - годовое количество выходных
дней;
С - количество праздничных дней,
которые не совпадают с выходными;
З - количество смен в сутки (З = 2);
t
- продолжительность одной смены;
Фн = (365 - 104 - 8) × 2 × 8,2 = 4 149
(ч)
Фд = 4 149 × (1-
) = 3 527
(ч/год).
2.2 Выбор и расчет необходимого
количества основного оборудования
В качестве основного оборудования
для предварительной термообработки инструмента выбрана электрическая камерная
печь типа СНО 8.16.5/10, основные технические данные и характеристики которой
приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Технические данные и
характеристики печи СНО 8.16.5/10
|
№
п/п
|
Наименование
параметра
|
Норма
|
|
1
|
Установленная
мощность, кВт
|
86+8,6
|
|
2
|
Номинальная
температура, °С
|
1
000
|
|
3
|
Напряжение
питающей сети, В
|
380
|
|
4
|
Напряжение
на нагревателях, В
|
269,4
|
|
5
|
Число
фаз
|
3
|
|
6
|
Число
электрических зон
|
1
|
|
7
|
Масса
садки, т
|
1,35
|
|
8
|
Среда
в рабочем пространстве
|
воздух
|
|
9
|
Размеры
рабочего пространства, мм:
|
|
|
ширина
|
800
|
|
длина
|
1
600
|
|
высота
|
500
|
Электропечь состоит из следующих основных
сборочных единиц:
каркас сварен из листовой и профильной стали.
Сводовые листы каркаса выполнены съемными. На задней стенке имеется арматура
для вывода нагревателей. На своде электропечи имеется арматура для двух
термопреобразователей рабочего и контрольного;
футеровка выполнена из огнеупорных и
теплоизоляционных материалов;- нагреватели проволочные зигзагообразные. На
боковых стенках и на дверце нагреватели подвешиваются на штырях, на своде - на
крючках. Подовые нагреватели укладываются в пазах, между опорными столбиками;
дверца сварная, зафутерованная огнеупорными и
теплоизоляционными материалами. Подъем и опускание дверцы осуществляется
мотор-редуктором (электродвигатель со встроенным тормозом);
монтаж механический. Все наружные соединения
между выводами нагревателей выполняются проводом с теплостойкой изоляцией. Вся
проводка закрыта защитными кожухами.
Производим расчет необходимого количества печей
для отжига инструмента:
а) годовая программа по производству резцов
проходных составляет 80 000 шт. Исходя из указанных в таблице 2.1 размеров
рабочего пространства, определяем количество резцов, вмещающихся на под печи.
Т.к. ширина резца 25 мм, расстояние между близ лежащими резцами 50 мм,
определяем количество резцов, вмещающихся на ширину пода печи равную 800 мм:
(800: 25): 3 = 110 шт. по ширине. Длина резца составляет 140 мм, длина пода
печи равна 1 600 мм, следовательно: 1 600: 140 = 11 шт. Для более равномерного
прогрева садки необходимо, чтобы заготовки, расположенные на поду печи не
лежали вплотную друг к другу, поэтому вместо 11 штук берем 8 штук по длине.
Определяем общее количество заготовок на поду печи: 11 ×
8 = 88 шт. Продолжительность отжига нормализационного 1 час, количество смен в
сутки две (16 час). За двусменный режим работы будет отжигаться: 88 шт ×
16 ч = 1 408 шт. Т.к. в году 253 рабочих дня, определяем максимальное
количество отжигаемого инструмента в год: 1 408 ×
253 = 356 224 шт.
Исходя из того, что заданная годовая программа
составляет 80 000 шт., составляем пропорцию и определяем коэффициент загрузки
печи:
356 224 шт. - 100 %
000 шт. - Х %
х = 25 %
Следовательно, для выполнения годовой программы
80 000 шт. с коэффициентом загрузки 25 % достаточно одной печи;
б) вычисляем количество фрез (Æ
200 мм), находящихся на поду печи с учетом, что фрезы не лежат вплотную друг к
другу:
по ширине: (800: 200) - 2 шт. = 2 шт.;
по длине: (1 600: 200) - 2 шт. = 6 шт.;
общее количество заготовок на поду печи: 2 ×
6 = 12 шт.
Продолжительность отжига фрез составляет 2 часа,
количество смен в сутки две (16 ч): 12 шт × 8 ч = 96 шт.;
за год: 96 шт ×
253 дн = 24 288 шт.
Годовая программа составляет 20 000 шт.
Составляем пропорцию:
288 шт. - 100 %
000 шт. - Х
Х = 82 %
Следовательно, для выполнения годовой программы
(20 000 шт.), с учетом того, что коэффициент загрузки равен 82 % , достаточно
одной печи для отжига фрез;
в) вычисляем количество метчиков (М
52, 
= 350 мм)
находящихся на поду печи с учетом того, что метчики не лежат вплотную:
по ширине: (800: 52) - 2 шт. = 8
шт.;
по длине: (1 600: 350) - 1,5 шт. = 3
шт.;
общее количество заготовок на поду
печи: 8 × 3 = 24 шт.
Продолжительность отжига метчиков
составляет 3 часа, количество смен в сутки две (16 ч): 24 шт × 5 ч = 120
шт.;
за год: 120 шт × 253 дн. =
30 360 шт.
Годовая программа составляет 30 000
шт. Составляем пропорцию:
360 шт. - 100 %
000 шт. - Х
Х = 98 %
Коэффициент загрузки равен 98 % -
это превышает норму (85 %), поэтому для отжига метчиков одной печи не
достаточно. Поэтому, часть метчиков будет отжигаться в печи, в которой
отжигаются резцы, т.к. коэффициент загрузки в ней равен 25 %.
Таким образом, на участке
термообработки режущего инструмента необходимо три печи для отжига.
В качестве основного оборудования
для окончательной термообработки инструмента выбраны для закалки газовый
нагревательный колодец и соляная ванна, для отпуска - селитровая ванна.
Колодец нагревательный газовый
предназначен для предварительного нагрева инструмента под закалку. Он имеет
одну инжекционную горелку, на которую расходуется 12 м3/ч газа (метан +
пропан). Давление газа 4 × 10 -6 Па.
Колодец имеет металлический каркас, внутри которого находятся огнеупорная
кладка и тигель.
Ванна электродная соляная
предназначена для второго подогрева инструмента. Состав соли 25 % ВаСl2 + 75 %
NаСl2. Вес садки 30 кг. В ванне нагревателем является сама соль. Электрический
ток пропускается через расплавленную соль, она оказывает сопротивление
прохождению тока и разогревается. Электроды установлены в рабочем пространстве ванны,
ток к которым попадает от печного трансформатора.
Ванна электродная для окончательного
нагрева инструмента имеет состав 100 % ВаСl2 .
Ванна электродная селитровая для
отпуска имеет состав - КNО3 [16].
Рассчитываем необходимое количество
ванн для закалки и отпуска фрезы с годовой программой 20 000 шт.
а) в нагревательный колодец
загружаются 3 фрезы на 30 минут, следовательно, за один час будет прогреваться
6 фрез. С учетом двусменного режима работы (16 ч), определяем количество
прогреваемых фрез: 6 шт × 16 ч = 96
шт. Вычисляем количество прогреваемых фрез за год: 96 шт × 253 дн = 24
288 шт. Составляем пропорцию для определения коэффициента загрузки колодца:
288 шт. - 100 %
000 шт. - Х
Х = 84 %
Следовательно, для прогрева фрез
достаточно одного нагревательного колодца. Т.к. время нагрева инструмента в
ваннах ІІ и ІІІ подогрева меньше (2-3 минуты), чем в колодце нагревательном,
следовательно, достаточно будет одной ванны для ІІ подогрева и одной ванны для
ІІІ нагрева фрез;
б) в ванну для отпуска загружается 6
фрез, продолжительность отпуска 1 час. Количество отпускаемых фрез за две
смены: 6 шт × 16 ч = 96
шт. Количество отпускаемых фрез за год: 96 × 253 = 24 2888 шт.
Следовательно, для выполнения
годовой программы достаточно было бы одной ванны для отпуска, но т.к. отпуск
двукратный - добавляем еще одну ванну.
Рассчитываем необходимое количество
закалочных и отпускных ванн для метчика с годовой программой 30 000 шт.
Для режущей части:
а) в нагревательный колодец
загружаются метчики режущей частью вниз в приспособлении (10 шт.),
продолжительность нагрева которых составляет 30 минут, следовательно, за 1 час
будет прогреваться 20 метчиков. Вычисляем количество метчиков прогреваемых в
колодце за 2 смены: 20 × 16 = 320
шт. Вычисляем количество метчиков прогреваемых в колодце за год: 320× 253 дн.= 80
960 шт.
Т.к. 80 960 штук больше требуемой
годовой программы, следовательно, одного колодца нагревательного достаточно, а
т.к. время нагрева инструмента в ваннах ІІ и ІІ І подогрева меньше (4-10
минут), чем в колодце нагревательном, следовательно, достаточно будет одной
ванны для ІІ подогрева, и одной ванны для ІІІ нагрева режущей части метчиков;
б) в ванну для отпуска загружается
приспособление с метчиками (10 шт.) с продолжительностью режима 1 ч. Количество
метчиков отпускаемых за две смены: 10 × 16 ч = 160 шт.;
за год: 160 × 253 = 40
480 шт.
Это больше годовой программы, а т.к.
отпуск двукратный берем две ванны для отпуска.
Для хвостовой части метчика:
а) в соляную ванну метчики в
приспособлении (10 шт.) загружаются хвостовой частью вниз на 6-8 минут (за 1
час- 160 метчиков):
за две смены: 60 шт × 16 ч = 960
шт.;
за год: 960 × 253 = 242
880 шт.
Т.к. 242 880 на много превышает
требуемую годовую программу, следовательно, достаточно одной закалочной ванны;
б) в ванну для отпуска метчики (10
шт.) загружаются на 1,5 часа (за 3 часа - 20 метчиков):
за две смены: 20 шт × 5 = 100
шт.;
за год: 100 × 253 = 250
300 шт.
Следовательно, достаточно одной
отпускной ванны.
Таким образом, на участке необходимо
установить для окончательной термообработки фрез - три закалочных и две
отпускных ванны, для метчиков - четыре закалочных и три отпускных ванны.
2.3 Подъемно-транспортные средства
Подъемно-транспортное оборудование
предназначается для механизации подъемно-транспортных и погрузочных работ.
Транспорт участка термообработки обеспечивает согласованность погрузки и
перемещения инструмента с технологическим процессом, поточность производства,
минимальную перегрузку инструмента, механизацию трудоемких процессов с полным
использованием мощности подъемно-транспортных механизмов. На термическом
участке по производству режущего инструмента для выполнения
подъемно-транспортных операций используются две подвесные кран-балки
грузоподъемностью Q = 1т, каждая перемещается параллельно друг относительно
друга вдоль участка по рельсам, уложенным на подкрановые балки. Управление
осуществляется с пола. Скорость перемещения до 3 м/мин. Для ремонтных работ на
участке используется мостовой кран (Q = 10 т), который перемещается по всему
пролету цеха. Для транспортировки заготовок и инструмента на участок ТВЧ и на
механический участок используется монорельс с тельфером [17].
2.4 Выбор и расчет необходимого
количества дополнительного и вспомогательного оборудования
На участке термообработки имеется
следующее дополнительное оборудование:
обдирочно-шлифовальный станок, на
котором проводится зачистка 10 % заготовок после отжига для более точного
проведения замеров твердости. Производительность станка 30 шт/ч. Количество
инструмента, отжигаемого за две смены (16 ч): резцы - 1 408 шт. (140 шт.- 10
%), фрезы - 96 шт. (10 шт.- 10 %), метчики - 120 шт. (12 шт.- 10 %),
составляет: 140 + 10 + 12 = 162 шт. Производительность станка за 2-х сменный
режим работы будет составлять: 30шт/ч ×16ч = 480 шт. Следовательно, на участке
термообработки для зачистки заготовок достаточно одного обдирочно-шлифовального
станка;
прибор Бринелля применяется для
измерения твердости 10 % (162 шт.) заготовок за 2 смены после отжига.
Производительность прибора 60 шт/ч или 60 × 16 ч = 960 шт. Следовательно, на участке
достаточно одного прибора Бринелля;
после окончательного нагрева при
закалке фрез, режущей и хвостовой частей метчиков, инструмент необходим
охладить. Т.к. для окончательного нагрева после которого необходимо охладить
инструмент в масле используется три ванны, следовательно, необходимо три
закалочных бака, которые должны располагаться напротив закалочной ванны, на
расстоянии 1,5-2 м. Закалочные баки на участке представляют собой небольшую
емкость прямоугольной формы для закалки среднего инструмента. Баки сварены из
листовой низкоуглеродистой стали толщиной 4-6 мм. Глубина баков 1 000 мм. Все
процессы по передаче инструмента в бак, перемещению в баке и выдаче из бака
выполняются вручную;
правильно-винтовой пресс
используется для правки 10 % фрез (9 шт. за 2 смены), производительность
которого 4 шт/ч или 64 шт. за 2 смены. Следовательно, на участке достаточно
одного правильно-винтового пресса;
камера гидропескоструйная
используется для очистки 100% (216 шт. за две смены) фрез и метчиков от остатков
селитры после отпуска, производительность которой составляет 50 шт за 3 часа
или 250 шт за 2 смены. Следовательно, на участке достаточно одной камеры для
гидропескоочистки;
прибор Роквелла используется для
измерения твердости после отпуска 100 % (216 шт. за две смены) фрез и метчиков,
производительность которого составляет 70 шт/ч или 1120 шт. за две смены.
Следовательно, на участке достаточно одного прибора Роквелла.
В качестве вспомогательного
оборудования на участке имеется:
для проведения отжига (три печи)
необходимо на каждую печь: захват, клещи, лопата и тара;
при проведении закалки и отпуска на
каждую ванну необходимы: проволока и крюк (для каждой фрезы), приспособление и
захват (для метчиков);
для контроля температуры и времени
режима на каждой печи, ванне установлен потенциометр, преобразователь и часы
электрические [14,17,18,19].
Составляем сводную ведомость
оборудования имеющегося на участке термообработки (см. таблицу 2.2).
Таблица 2.2 - Сводная ведомость
оборудования
|
Оборудование
|
Модель
|
Назначение
|
Краткая
характеристика
|
Кол-во,
шт.
|
Мощность,
кВт
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
|
Основное
оборудование
|
|
Печь
камерная электрическая
|
СНО
8.16.5/10
|
отжиг
|
рабочая
температура 980 °
|
3
|
86
|
|
Колодец
нагревательный газовый
|
9978-2643
|
закалка,
І подогрев
|
500-600
°С
|
2
|
-
|
|
Ванна
соляная
|
9978-2671
|
ІІ
подогрев
|
800-850
°С
|
3
|
160
|
|
Ванна
соляная высокотемпературная
|
9978-2192
|
ІІІ
подогрев
|
1210-1230°С
|
2
|
140
|
|
Ванна
селитровая
|
9978-2639
|
отпуск
|
560-570
°С
|
5
|
140
|
|
Дополнительное
оборудование
|
|
Обдирочно-шлифовальный
станок
|
ШС-251
|
зачистка
|
50
м/с
|
1
|
7
|
|
Прибор
Бринелля
|
ТБ-2М
|
измерение
|
нагрузка
1000 кг
|
1
|
-
|
|
Бак
закалочный
|
9986-924
|
охлаждение
|
£
80 °С
|
3
|
-
|
|
Правильно-винтовой
пресс
|
-
|
правка
|
производительность
4 шт/ч
|
1
|
-
|
|
Камера
гидропескоструйная
|
ГП-612
|
очистка
|
17
шт/ч
|
1
|
-
|
|
Прибор
Роквелла
|
ТК-14-250
|
измерение
|
нагрузка
150 кг
|
1
|
-
|
|
Вспомогательное
оборудование
|
|
Потенциометр,
преобразователь, часы
|
КСП3
ТХА-0806 16р
|
контроль
температуры и времени режима
|
-
|
15
|
7
|
|
Подъемно-транспортное
оборудование
|
|
Кран
мостовой
|
КМ-10
|
перевозка
грузов
|
Q
=10 т
|
1
|
13
|
|
Кран-балка
|
КБ-1
|
перевозка
|
Q
=1 т
|
2
|
7,5
|
|
Монорельс
с тельфером
|
Т-0,25
|
перевозка
|
Q
=0,25 т
|
2
|
3,5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5 Расчет энергетики участка
Энергоносителями на участке термообработки
является электроэнергия, газ, вода. Электроэнергия используется для работы
камерных печей для отжига, закалочных соляных ванн, селитровых ванн для отпуска
и для работы дополнительного и вспомогательного оборудования. Электроэнергия
поступает на участок из центральной заводской подстанции. Силовая цепь участка
трехфазная, частота тока 50Гц, напряжение 380-220 В, напряжение осветительной
сети 120 В.
Общая установленная мощность токоприемников по
участку равна сумме мощностей отдельных токоприемников. Мощность каждого
токоприемника берется из паспортных данных оборудования (на заводе). Установленная
мощность токоприемников на участке определяется:
у =å Ni , (2.3)
где Ni - мощность каждого токоприемника, кВт:
камерная печь для отжига (3 шт.) - 88 кВт;
ванна соляная для ІІ подогрева (3 шт) - 160 кВт;
ванна высокотемпературная для ІІІ нагрева (2 шт)
- 140 кВт;
обдирочно-шлифоальный станок - 7 кВт; -
кран-балка (2 шт.) - 7,5 кВт; - тельфер (2 шт.) - 3,5 кВт;
у = 88 × 3 + 160 ×
3 + 140 ×
2 + 540 ×
5 + 7 + 3,5 × 2 + 7,5 ×
2 = 1 753 (кВт)
Потребляемая мощность токоприемников:
пот = Nу × Кз , (2.4)
где Кз - коэффициент использования или
одновременности работы оборудования (Кз = 0,4);
пот = 1 753 × 0,4 = 701,2 (кВт)
Годовой расход электроэнергии определяется:
= Nпот× Фобд ×
λ,
(2.5)
где Фд - действительный годовой фонд времени
работы оборудования;
λ - коэффициент
загрузки оборудования (λ = 0,85);
= 701, 2 × 3 527 ×
0,85 = 2 102 162,54 (кВт)
Расчет расхода воды
Вода расходуется на производственные нужды и на
очистку инструмента.
Рассчитываем годовой расход воды
гидропескоструйного аппарата, с учетом того, что расход воды составляет 0,06
м3/ч, действительный годовой фонд времени работы оборудования Фобд = 3 527 ч,
коэффициент загрузки оборудования λ = 0,85 %:
0,06 ×
3 527 ×
0,85 = 180 м3/год
3. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
.1 Тепловой расчет печи
Для теплового расчета и определения мощности
электрической камерной печи типа СНО 8.16.5/10 необходимо знать коэффициенты
теплопроводности и удельные теплоемкости материалов кладки и инструментов.
а) Коэффициенты теплопроводности l
ккал/м×ч×°С
приняты следующие:
шамот легковесный (объемный вес 1300 кг/м3)
l= 0,27 + 0,00041 ×
tср, (3.1)
пенодиатомит (объемный вес 400 кг/м3)
l= 0,067 + 0,00027 ×
tср, (3.2)
Теплопроводность материала кожуха печи (сталь)
принимаем равной 30 ккал/м×ч×°С.
б) Удельная теплоемкость С ккал/кг×°С.
Теплоемкость материалов кладки мало зависит от температуры. Ее можно принять
для всех материалов равной 0,22 ккал/кг×°С; среднюю
теплоемкость стали (кожуха печи) принимаем 0,11 ккал/кг×°С;
среднюю теплоемкость режущих инструментов при 25 °С принимаем
0,11, а при 850-1 000 °С - 0,17 ккал/кг×°С.
Среднюю теплоемкость жароупорного поддона принимаем 0,14 ккал/кг×°С.
Тепловые потери. Печь теряет тепло через кладку
и разгрузочное окно. Потери через кладку рассчитываем по частям. Для этого
кладку печи делим на следующие расчетные участки: стенку, под и свод.
Рассчитываем потери через стенку печи. Стенка
состоит из двух слоев: пенодиатомита и шамота-легковеса (рисунок 3.1).
Площади раздела:
вн = а × в, (3.3)
где а и в - длина и ширина печи;
вн = 1,660 × 0,85 = 1,411 м2;=
2,016 ×
1,254 = 3,27 м2;н = 2,445 × 1, 740 = 4,25 м2.
Рисунок 3.1 - Стенка печи: а) по длине б) по
ширине
Средние расчетные площади:
F1ср= 
2,148 м2; (3.4)ср= 
3,728 м2.
(3.5)
Коэффициенты теплопроводности
материалов кладки зависят от температур, которые еще неизвестны. Для расчета
задаемся температурами слоев стенки печи. Температура внутренней поверхности
стенки, на которой подвешены нагреватели, принимаем равной 1 000 °С, рабочую температуру печи 980
°С;
температуру помещения, где установлена печь 25 °С. Температуру пограничной поверхности между
первым и вторым слоями предполагаем равной t12 = 730 °С; температуру наружной
поверхности стенки (кожуха печи) tн = 60 °С.
Таким образом считаем, что tв = 1 000 °С,
t12 = 730 °С, tн = 60 °С.
Средние расчетные температуры:
первый слой
= 
= 865°С; (3.6)
второй слой
= 
= 395°С. (3.7)
Коэффициенты теплопроводности:
l1
= 0,27 + 0,00041 × tср1 = 0,27
+ 0,00041 × 865 = 0,624
ккал/м×ч×°С;
l2
= 0,067 + 0,00027 × tср2 =
0,067 + 0,00027 × 395 = 0,173
ккал/м×ч×°С.
Коэффициент теплопередачи наружной
поверхности стенки (вертикальной при tн = 60 °С и t0 = 25 °С)
a2 = 10,5
ккал/м×ч×°С .
Тепловой поток через стенку печи:
= 
, (3.8)
где R - тепловое сопротивление:
= Rв +R1 + R2 + Rн,
здесь:
R1 = 
, R2 = 
-
сопротивление теплопередаче первого и второго слоев стенки;
l-
коэффициент теплопроводности материала слоя;средняя расчетная площадь слоя;
d-
толщина слоя;
в = 
, Rн = 
-
сопротивление теплоперехода внутренней поверхности стенки от рабочего
пространства и наружной поверхности в окружающее пространство;
a2
- коэффициент теплоотдачи от наружной стенки к окружающему воздуху.
Так как температура внутренней
поверхности печи задана (1000 °С),
то при расчете теплового потока через стенку сопротивление теплоперехода от
печного пространства к стенке не принимаем во внимание и в расчетной формуле Rв
отсутствует:
ст = 
= 
ст = 
= 1 805 ккал/ч.
Проверяем температуру кладки:
= tв - Qст × R1 = 1 000 - 1805 ×
0,15 = 729 °С; (3.9)н = tо + Qст ×
Rн = 25 + 1805 × 0,02 = 61 °С
. (3.10)
Полученные температуры соответствуют заданным,
следовательно температуры выбраны правильно. Таким образом, потери через стенку
печи Qст = 1 805 ккал/ч.
Расчет потерь через под. Под состоит из двух
слоев: пенодиатомита и шамота-легковеса (рисунок 3.2).
Рисунок 3.2 - Под печи: а) по ширине б) по длине
Площади раздела:
вн = 1,660 × 0,85 = 1,411 м2;=
2,041 ×
1,282 = 2,616 м2;н = 2,445 × 1,740 = 4,25 м2.
Средние расчетные площади:
F1ср = 
1,921 м2;ср
= 
3,334 м2.
Задаемся следующими температурами: tв =1 000 °С;
t12 = 710 °С; tн = 70 °С. Тогда средние
расчетные температуры слоев:
первый слой
t1 = 
= 855°С,
второй слой
= 
= 390°С.
Определяем коэффициенты
теплопроводности слоев кладки:
l1
= 0,27 + 0,00041 × tср1 = 0,27
+ 0,00041 × 855 = 0,620
ккал/м×ч×°С;
l2
= 0,067 + 0,00027 × tср2 =
0,067 + 0,00027 × 390 = 0,172
ккал/м×ч×°С.
Коэффициент теплоотдачи наружной
поверхности пода при 70 °С для низа
горизонтальной стенки aн = 9,1
ккал/м3×ч×°С.
п = 
= 2 074 ккал/ч.
Проверяем температуры:
= t в - Qп × R1 = 1000 -
2 074 × 0,14 = 710 °С;н = t о + Qп × Rн = 25 + 2
074 × 0,02 = 66 °С.
Полученные температуры совпадают с заданными.
Потери через под печи Qп = 2 074 ккал/ч.
Расчет потерь через свод печи. Свод печи имеет
два слоя: пенодиатомит и шамот-легковес (рисунок 3.3).
Площади раздела:
вн = 1,660 × 0,85 = 1,411 м2;=
1,922 ×
1,146 = 2,202 м2;н = 2,445 × 1,740 = 4,25 м2.
Рисунок 3.3 - Свод печи: а) по длине б) по
ширине
Средние расчетные площади:
F1ср = 
1,762 м2;ср
= 
3,059 м2.
Задаемся следующими температурами:
tв = 1 000 °С; t12 = 830
°С; tн = 60 °С. Тогда средние расчетные
температуры слоев:
первый слой
t1 = 
= 915°С;
второй слой
= 
= 445°С.
Определяем коэффициенты
теплопроводности слоев кладки:
l1
= 0,27 + 0,00041 × tср1 = 0,27
+ 0,00041 × 915 = 0,645
ккал/м×ч×°С;
l2
= 0,067 + 0,00027 × tср2 =
0,067 + 0,00027 × 445 = 0,187
ккал/м×ч×°С.
Коэффициент теплоотдачи наружной
поверхности свода при 60 °С для верха
горизонтальной стенки a2 = 11,3
ккал/м2×ч×°С.
Тепловой поток через свод печи:
св = 
= 1 911 ккал/ч.
Проверяем температуры:
= t в - Qсв× R1 = 1 000
- 1 911 × 0,09 = 828 °С;н = tо + Qсв× Rн = 25 +
911 × 0,02 = 63 °С.
Температуры выбраны правильно.
Тепловой поток через свод печи Qсв = 1 911 ккал/ч.
Расчет тепла через загрузочное окно. Расчет
производится по формуле Стефана-Больцмана:
Qл = С 
ккал/ч,
(3.11)
где Qл - тепловой поток из
отверстия;
С- коэффициент лучеиспускания,
отверстие в стенке печи можно считать за абсолютно черное тело и принять С =
4,9 ккал/м2×ч×К4;
Тn- абсолютная температура
пространства печи;
Тn = tn + 273;
Т0- абсолютная температура среды,
окружающей печь;
Т0 = t0 + 273;
эффективная площадь отверстия,
равная действительной площади F0, умноженной на коэффициент диафрагмирования,
т.е.:
= F0× Ф,
Ф - коэффициент диафрагмирования (Ф
= 0,75).
Действительная площадь отверстия:
= 0,415 × 0,85 = 0,35
м2;= 0,35 × 0,75 =
0,262 м2.
Определяем тепловые потери:
Qл = 4,9 × 
= 33 612
ккал/ч.
Часовая потеря тепла через
отверстие:
откр = Qл × 
, (3.12)
где Zоткр - время открытия за цикл
составляет 0,2 часа;цмкла- время цикла (Zцмкла = 2 часа);
откр = 33 612 × 
= 3 361
ккал/ч.
Определяем общие тепловые потери
печи:
общ = Qкл + Qоткр; (3.13)кл = Qстен
+ Qпода+ Qсвода = 1 805 + 2 074 + 1 911 = 5 790 ккал/ч;общ = 5 790 + 3 361 = 9
151 ккал/ч,
что соответствует мощности 10,6 кВт.
Неучтенные потери принимаем в
размере 20 % от учтенных:
неучт. = 9 151 × 0,20 = 1
830 ккал/ч или 10,6 × 0,2 = 2,12
кВт.
Полные потери печи:
пот = Qобщ + Qнеучт = 9 151 + 1 830
= 10 981 ккал/ч, (3.14)
или 10,6 + 2,12 = 12,72 кВт.
Определяем мощность печи и мощность
нагрева инструмента. Одновременно в печь загружается 12 фрез весом 43,2 кг.
Прирост теплосодержания:
І = с× (tк - tн) = 0,17 (1000 - 25) = 165
ккал/кг. (3.15)
Тепло, аккумулированное загрузкой,
будет:
садки = G × I = 43,2 × 165 = 7 160
ккал. (3.16)
Т.к. время нагрева инструмента 2
часа, то
садки = 
= 14 321
ккал/ч, или 20,4 кВт.
Мощность на нагрев поддона
подсчитывается следующим образом. В печь загружается инструмент на один поддон
весом 15 кг. Средняя удельная теплоемкость материала поддона с = 0,14 ккал/кг×°С. Прирост
теплосодержания:
І = 0,14 × (1000 - 25)
= 136 ккал/кг;поддона = 136 ×
15 = 2 047 ккал, или 3,4 кВт.
Мощность на нагрев рабочего
пространства печи принимается равной 1,5 кВт. Таким образом, потребное
количество тепла и потребная мощность печи будет:
|
|
ккал/ч.
|
кВт.
|
|
на
нагрев садки
|
14
321 или
|
20,4
|
|
на
нагрев поддона
|
2
047
|
3,4
|
|
на
нагрев рабочего пространства
|
1
230
|
1,5
|
|
Полные
тепловые потери
|
10
981
|
12,72
|
|
|
|
|
|
общ = 28 579 ккал/ч или 38,02 кВт.
Потери в электрокабелях составляют 1,6 % , таким
образом:
прих = 1,016;общ = 1,016 ×
28 579 = 29 036 ккал/ч.
Определяем мощность печи:
N = К × 
= 86 кВт, (3.17)
где К - коэффициент запаса (К =1,3).
Установленная мощность печи 86 кВт.
Аккумуляция тепла печью. Стенка
печи.
Слой шамота легковеса:
V = F × d = 2,148 × 0,202 =
0,433 м3;
(3.18)= V × g = 0,433 × 1300 = 562 кг;
(3.19)= c ×
(t1- t0) = 0,22 ×
(865 - 25) = 184 ккал/кг;
(3.20)
Q = I × G = 184 × 562 = 103
408 ккал. (3.21)
Слой пенодиатомита:
V = F × d = 3,728 × 0,243 =
0,905 м3;
G = V ×
g
= 0,905 ×
400 = 362 кг;
= c ×
(t1 - t0) = 0,22 × (395 - 25) = 81,4 ккал/кг;
Q = I × G = 81,4 ×
362 = 29 466 ккал.
Под печи.
Слой шамота-легковеса:
= F × d
= 1,921 ×
0,17 = 0,326 м3;
G = V ×
g
= 0,326 ×1
300 = 423 кг;= c ×
(t1 - t0) = 0,22 × (855 - 25) = 182 ккал/кг;
Q = I × G = 182 ×
423 = 77 532 ккал.
Слой пенодиатомита:
V = F ×
d
= 3,334 ×
0,18 = 0,600 м3;= V ×
g
= 0,600 ×
400 = 240 кг;= c ×
(t1 - t0) = 0,22 × (390 - 25) = 80,3 ккал/кг;
Q = I × G = 803 ×
240 = 19 272 ккал.
Свод печи.
Слой шамота-легковеса:
= F × d
= 1,762 ×
0,11 = 0,193 м3;
G = V ×
g
= 0,193 ×
1 300 = 251 кг;= c ×
(t1 - t0) = 0,22 × (915 - 25) = 195 ккал/кг;
Q = I × G = 195 ×
251 = 48 945 ккал
Слой пенодиатомита:
V = F ×
d
= 3,059 ×
0,22 = 0,672 м3;
= V ×
g
= 0,672 ×
400 = 268 кг;= c ×
(t1 - t0) = 0,22 × (445 - 25) = 92,4 ккал/кг;
Q = I × G = 92,4 ×
268 = 24 763 ккал.
Кладкой аккумулируются:
шамот-легковесный: 103 408 + 77 532 + 48 945 =
229 885 ккал;
пенодиатомит: 29 466 + 19 272 + 24 763 = 73 501
ккал.
Итого аккумулировано кладкой: 229 885 + 73 501 =
303 386 ккал.
Аккумуляция тепла кожухом печи. Вес кожуха Gк =
560 кг. Удельная теплоемкость с = 0,11 ккал/кг×°С;
tср
= 
= 63°;= c × (t1 - t0) =
0,11 ×
(63 - 25) = 4,18 ккал/кг;
Qкож = I × G = 4,18 × 560 = 2 340
ккал.
Общая аккумуляция тепла:
общ = Qкл + Qкож + Qсадки +
Qподдонаобщ = 303 386 + 2 340 + 14 321 + 2 047 = 322 094 ккал.
Неучтенная аккумуляция тепла (30 %
от общей):
неучт = 322 094 × 0,3 = 96
628 ккал.
Полная аккумуляция тепла:
акк = Qобщ + Qнеучт = 322 094 + 96
628 = 418 722 ккал (3.22)
или 390 кВт/ч.
Составляем тепловой баланс печи
(таблица 3.1), конечный результат которой должен иметь следующий вид: åQприх =åQ расх.
Таблица 3.1 - Тепловой баланс
|
Статья
прихода (Qприх)
|
ккал/ч
|
Статья
расхода (Q расх.)
|
ккал/ч
|
|
Q
садки
|
14
321
|
Q
кладки
|
9
151
|
|
Q
возд.
|
1
230
|
Q
поддона
|
2
047
|
|
|
Q
кожуха
|
2
340
|
|
|
Q
неучт.
|
1830
|
|
Итого:
|
15
551
|
Итого:
|
15
368
|
Термические показатели печи.
Термический К.П.Д.:
= 54 % (3.23)
Удельный расход электроэнергии:
= 
, кВт×ч /кг, (3.24)
где Qпотр - потребляемая мощность
печи в кВт;
А- производительность печи кг/час.
= 
= 1,7 кВт×ч/кг.
Время разогрева печи:
Z = 
= 4,5 ч. (3.25)
3.2 Электрический расчет печи
Печь типа СНО 8.16.5/10 трехфазная.
Напряжение на нагревателях 269,4 В. Печь имеет одну электрическую зону.
Установленная мощность печи 86 кВт. На каждой стенке имеется по три
нагревателя.
Нагреватели изготовлены из сплава
Х15Н60. Температура нагрева приблизительно 1000 °С. Нагреватели ленточные располагаются на
боковых стенках, на дверце и на поде печи. Удельное электрическое сопротивление
нагревателя в холодном состоянии Qхол = 0,95 Ом ×мм2/м.
Температурный коэффициент
сопротивления a = 0,00013
на 1 град. Коэффициент увеличения сопротивления:
К = 1 + a × t = 1 +
0,00013 × 1000 = 1,13
(3.26)
Удельное электрическое сопротивление
в горячем состоянии:
гор = Qхол × К = 0,95 ×1,13 = 1,07
Ом×мм2/м (3.27)
Удельная поверхностная мощность
идеального нагревателя для температуры 1000 °С
определяется по графику на рисунке 72 [20] wng =1,2 Вт/см2.
Удельная поверхностная мощность
стены печи:
Рст. уд. = 
21 кВт/м2,
где Fст- боковая поверхность стены
печи.
Единичная удельная поверхностная
мощность стены (характеристика использования стен):
Рст. уд.(1) = 
= 10,8
(3.28)
Для ленточного зигзагообразного
нагревателя таблица 59 [20] находим отношение 
= 0,75,
откуда удельная поверхностная мощность печи
w
= 0,46 × wпд = 0,46 × 2 = 0,92
Вт/см2.
Выбираем ленту с отношением сторон m
= в/а = 10.
Рассчитываем размер ленты:
а = 
мм.
Ближайшее сечение нагревателя 6 х 60
мм с закругленными концами.
Площадь сечения нагревателя:
= 0,97 ×2×а×m = 0,97 ×10 × 62 = 349
мм2 (3.29)
Сопротивление нагревателя зоны:
з = 
= 0,16 Ом. (3.30)
Длина нагревателя зоны:
Lз= 
= 52 м. (3.31)
Длина трех нагревателей: 52 × 3 = 156 м.
Вес нагревателя зоны:
= g × Lз × g × 10-3 = 8,4 × 52 × 349 ×10 -3 = 152 кг, (3.32)
(g
для сплава Х15Н60 равно 8,4 г/см3).
Нагреватели размещены на стенках
печи в виде зигзагов (рисунок 3.4). Размеры зигзагов следующие: расстояние
внутри зигзагов Д = 30 мм, радиус петли R= 12 мм, высота зигзагов между
центрами закругления ленты А = 170 мм, шаг зигзага h = 2Д = 60 мм, длина одного
зигзага:
зиг = 2×
×r + 2А = 2× 3,14 × 12 + 2 × 170 = 415
мм.
Рисунок 3.4 - Схема нагревателя
Поверхность излучения нагревателя
= р × Lобщ см2, (3.33)
где р - периметр ленточного
нагревателя в см:
р = 2а × 2в = 2 ×
6 + 2 ×
0,6 = 13,2 см,= 13,2 × 15 600 = 205 920 см2.
Удельная поверхностная нагрузка на
нагревательные элементы:
= 0,4 (3.34)
Допустимая поверхностная нагрузка
равна 0,9. Следовательно, нагреватели рассчитаны правильно [20].
4. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Для изготовления качественного
режущего инструмента большое значение имеет качество используемой стали,
правильность изготовления и режима термообработки, т.к. количество режущего
инструмента влияет на себестоимость, производительность, на эксплуатационные
издержки у потребителя, на уровень брака.
Для изготовления режущего
инструмента небольших размеров и несложной формы, работающего при небольших
нагрузках, не подвергающегося резким и сильным ударам (развертки, метчики,
плашки) используют инструментальную углеродистую сталь У10, У10А, У11, У11А,
У12, У12А.
Для изготовления режущего
инструмента большого размера сложной конфигурации и для длинных и тонких
инструментов, деформация которых при закалке должна быть наименьшей, используют
инструментальную легированную сталь 9ХС, ХВГ, Х12М.
Для изготовления инструмента,
работающего в тяжелых условиях, при высоких скоростях резания, при обработке
сталей повышенной твердости (резцы, фрезы, метчики, сверла, протяжки) применяют
быстрорежущие стали Р18, Р12, Р9, Р6М5 и др. В целях экономии быстрорежущей
стали режущий инструмент чаще всего изготовляют составным [1].
4.1 Исследование причин
возникновения брака режущего инструмента
В процессе изготовления и
эксплуатации в режущем инструменте могут возникать различные виды брака.
Брак, возникающий в процессе
термообработки может быть исправимым и неисправимым.
К исправимым видам брака относится:
а) брак, возникающий при
предварительной термообработке:
повышенная твердость - результат
увеличения скорости охлаждения или при недогреве. Для исправления этого брака
проводят повторно нормализацию при требуемой температуре с охлаждением по
установленному графику;
окисление и обезуглероживание может
происходить при 800-900 °С, для их
предупреждения отжиг следует производить в чугунной стружке или использовать в
печи защитную атмосферу [10];
б) дефекты, возникающие при
окончательной термообработке (трехступенчатая закалка + двукратный отпуск).
При закалке:
недостаточная твердость - результат
понижения температуры закалки, недостаточной выдержки или малой скорости
охлаждения. Для исправления этого брака инструмент необходимо отжечь и снова
закалить с соблюдением нормального режима;
повышенная хрупкость,
крупнозернистый излом - результат значительного превышения температуры закалки
или излишне длительная выдержка. Для исправления необходимо снова отжечь и
закалить с соблюдением нормального режима;
деформация и коробление - результат
интенсивного нагрева и неправильного способа погружения инструмента в
нагревающие и охлаждающие среды. Кривизну инструмента исправляют правкой или
шлифовкой;
разъедание (точечное или
ручьеобразное) поверхности инструмента - результат химического действия
хлористых солей в соляных ваннах. Для предупреждения брака необходимо более
тщательно проводить контроль состава солей для нагрева и раскисление соляных
ванн;
нафталиновый излом - результат
неудовлетворительного отжига. Режим исправления: нагрев до 1140-1160 °С, выдержка 3-8 минут,
охлаждение до 800-720 °С, выдержка
30 минут, охлаждение на воздухе.
При отпуске:
недоотпуск, пониженная твердость -
результат пониженной температуры отпуска и недостаточная выдержка. Для
устранения проводится вторичный отпуск при нормальном режиме;
переотпуск, пониженная твердость и
низкие пределы прочности и упругости в результате проведения отпуска при
температуре выше требуемой. Для исправления проводится отжиг, закалка и отпуск
по нормальному режиму;
отпускная хрупкость. Низкая ударная
вязкость после отпуска при температуре 450-600 °С и медленного охлаждения - в результате
выпадения карбидов, оксидов, нитридов по границам зерен. Предупреждение брака:
охлаждение в воде или масле после отпуска или применение стали, содержащей
молибден, титан.
К неисправимым видам брака относятся
следующие:
окисление, в результате которого
происходит нарушение химического состава поверхностного слоя металла при
глубине проникновения, больше чем припуск на шлифование [6];
сильная деформация (коробление) -
результат неправильного способа погружения инструмента в нагревающие и
охлаждающие среды;
порча теплостойкости;
пережог получается в том случае,
если сталь была нагрета до температуры, близкой к температуре начала плавления.
Пережог характеризуется оплавлением и в связи с этим окислением металла по
границам зерна, поэтому сталь становится очень хрупкой;
трещины (внутренние и наружные) -
результат чрезмерно быстрого нагрева; перегрева, создающего быстрый рост зерна,
но еще не вызывающего образования эвтектики по границам зерен, результатом
которого может быть значительная карбидная неоднородность, нарушения условий
охлаждения, неправильный выбор режима шлифования [10].
Брак, возникающий при механической
обработке:
а) перегрев в результате
несоблюдения режима механической обработки, т.е. сталь была нагрета до
температуры намного выше критической или при оптимальной температуре была дана
очень большая выдержка;
б) трещины в результате неправильно
выбранного режима шлифования или в результате скрытых дефектов в стали после
предварительной термической обработки.
При термической и механической
обработке, основными причинами возникновения брака являются следующие:
а) несоответствие химическому
составу стали;
б) неправильное назначение или
проведение режима термообработки;
в) несоблюдение технологии
термообработки.
Так как резец проходной изготовлен
составным (державка - сталь 45, пластина - Т15К6), поэтому термообработка резца
заключается в отжиге нормализационном и проводится только для державки, после
чего проводится наплавка пластины на державку резца. При наплавке пластины на
державку могут образоваться следующие виды брака:
припой не затекает в зазоры паза;
припой сворачивается в шарики;
пустота под пластиной;
чернота по шву;
подгар державки в месте контакта с
электродом;
трещины в пластине твердого сплава.
Метчик машинно-ручной изготовлен
сварным (режущая часть - сталь Р6М5, хвостовик - сталь 40Х). Поэтому в нем
могут образоваться дефекты как при термической или механической обработках (см.
4.1.1) так и при сварке в стык режущей и хвостовой частей. Виды брака при
изготовлении сваренного в стык инструмента могут быть следующие:
а) непровар в результате низкой
температуры плавления или недостаточного усилия осадки;
б) пустоты в результате
недостаточной осадки из-за малой мощности машины;
в) трещины кольцевые на
быстрорежущих заготовках на расстоянии 1-3 мм от сварного шва, в результате
быстрого остывания сваренной заготовки;
г) перегрев - чрезмерный перегрев
заготовок.
Все перечисленные виды брака могут
привести к разрушению инструмента в процессе эксплуатации или к снижению его
эксплуатационных свойств.
Рисунок 4.1 - Трещины на фрезе
Например, рассмотрим фрезу из стали Р6М5 в которой
в процессе эксплуатации образовались трещины (рисунок 4.1).
Для установления причин образования трещин был
проведен визуальный осмотр трещин, химический анализ, макро- и микроанализ,
замер твердости.
Исследования показали:
химический состав соответствует стали Р6М5 ГОСТ
19265-73;
твердость рабочей части и по сечению фрезы НRС
63-64, что соответствует требованиям технических условий чертежа;
излом фарфоровидный, дефектов в металле нет;
трещины, расположенные по впадине, зубьям и телу
сквозные, извилистые, проникают вглубь фрезы и соединяются в центре;
по краям трещин нет неметаллических включений,
окислов и других дефектов;
структура - крупноигольчатый мартенсит + карбиды
+ остаточный аустенит (рисунок 4.2).
Рисунок 4.2 - Микроструктура стали Р6М5 после
травления
Крупноигольчатый мартенсит свидетельствует о
перегреве металла при нагреве под закалку, что и послужило причиной образования
трещин.
5. ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ
.1 Анализ экологической опасности
инструментального производства
В настоящее время наиболее опасным видом
антропогенного воздействия на окружающую природную среду является ее
загрязнение. Загрязнение окружающей среды - это внедрение человеком в нее таких
отходов производства и других видов промышленной деятельности (в виде веществ и
энергии), которые либо вообще не характерны для биосферы, либо не характерны их
концентрации и интенсивности и которые создают угрозу здоровью человека,
ухудшают условия его жизни, труда и отдыха, наносят ущерб жизненно важным
природным ресурсам, отрицательно влияют как на отдельные живые организмы, так и
на структуру и функционирование экологических систем в целом.
Опасные и вредные производственные факторы,
возникающие при термической обработке инструмента, в первую очередь обусловлены
ее видом (отжиг, закалка, отпуск), применяемым оборудованием (электрические
печи для отжига, колодец нагревательный газовый, закалочные соляные ванны,
селитровые отпускные ванны) и рабочими средами (воздушные, природный газ,
расплавы солей). На участке термической обработки режущего инструмента основным
видом загрязнения окружающей среды является тепловое. Источники теплового
загрязнения - в основном печи, ванны и технологические процессы, использующие
тепло для получения электроэнергии, нагрева инструмента. Определенная доля
этого тепла и тепла от охлаждаемого инструмента всегда теряется в окружающую
среду, в большей или меньшей степени нагревая ее.
Последствия теплового загрязнения биосферы в
настоящее время изучены еще недостаточно. По оценкам ученых, тепло
антропогенного происхождения в настоящее время еще неизмеримо мало по сравнению
с теплом, поступающим от Солнца и из земных недр, и составляет примерно 0,005 %
этого количества и таким образом не может существенно сказаться на тепловом балансе
Земли. Однако мощные источники антропогенных выбросов тепла при условии их
высокой концентрации на небольших территориях могут оказать заметное влияние на
тепловой режим этих территорий (температура воздуха зимой в городе на несколько
градусов выше, чем вблизи расположенных небольших населенных пунктах).
Химические загрязнения на участке термообработки
вызывают раздражение дыхательного тракта и слизистых оболочек (хлор, пропан,
метан).
Химически инертные, нетоксичные (пыль)
загрязнения проникая в организм человека, при соответствующих концентрациях
также могут оказывать раздражающее действие и накапливаться в дыхательных путях
в следствии плохой растворимости в биологических средах [21].
5.2 Определение максимальных
приземных концентраций вредных веществ
Исходные данные для определения содержания пыли
в воздухе рабочей зоны приведены в таблице 5.1.
Таблица 5.1 - Параметры источника выбросов
|
Н,
м
|
D,
с
|
w,
м/с
|
Tr,
°С
|
То,
°С
|
Наименование
загрязнителя
|
F
|
Содержание
в выбрасываемых газах, г/м3
|
|
14
|
0,2
|
250
|
20
|
Твердые
частицы
|
2
|
0,5
|
Определяем объем газов, сбрасываемых в атмосферу
за 1 с:
V1=
, м3/c , (5.1)
где D - диаметр устья источника выброса, м;
w - средняя скорость выхода газов из устья
источника выброса, м/с
V1=
7 = 0,22 (м3/c)
Определяем массу вредного вещества,
выбрасываемого в атмосферу за 1с:
М = С× V1, г/с, (5.2)
где С- содержание загрязнителя в
выбрасываемых газах, г/м3
М = 0,5 × 0,22 = 0,11
(г/с)
Определяем разность температур
выбрасываемых газов и окружающего атмосферу воздуха:
DТ
= Тг - То, °С, (5.3)
где Тг - температура выбрасываемых
газов, °С;
То- средняя температура наружного
воздуха в 13 ч. наиболее жаркого месяца года;
DТ
= 250-20 =230 °С
Вычислим специальный параметр f:
= 103 ×
, м/(°Сс2), (5.4)
где Н - высота источника выброса над уровнем
земли, м
f = 103 ×
= 0,21 м/(°Сс2)
Т.к. f < 100, в этом случае выбросы
считаются нагретыми
Вычисляем параметр Vм для нагретых
выбросов:
м = 0,65 × 
(5.5)м =
0,65 × 
= 0,99
В зависимости от величины параметра
Vм, согласно таблицы 5.2, определим значение коэффициента n.
Согласно таблице 5.2 при
м = 0,99; n = 0,532×V2м -2,13×Vм + 3,13;=
0,532×0,992 -2,13×0,99 + 3,13
= 1,55
Таблица 5.2 - Алгоритм определения
коэффициента n
|
Vм
³0,5
|
n
= 4,4 Vм
|
|
0,5
<
Vм >2
|
n
= 0,532×V2м -2,13×Vм
+ 3,13
|
|
Vм
³
2
|
n
= 1
|
Для нагретых выбросов определим коэффициент m и
максимальную приземную концентрацию вредного вещества См:
m = 
(5.6)
m = 
= 1,08
См = 
, мг/м3 (5.7)
где А - размерный коэффициент,
зависящий от температурной стратификации атмосферы (распределение по высоте температуры
в атмосфере Земли) и определяющей условия вертикального и горизонтального
рассеивания примесей в воздух и изменяется от 120 до 240; для Украины А =
200;безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в
атмосферном воздухе
См = 
= 0,1 (мг/м3)
Выбираем из таблицы 5.3 расчетную
формулу и вычисляем значение безразмерного параметра d:
Таблица 5.3 - Формулы для вычисления
параметра d
|
Vм
³0,5d
= 2,48 × (1+ 0,28× )
|
|
|
0,5
<
Vм >2
|
d
= 4,95×Vм
(1+0,28 ×)
|
|
Vм
³
2
|
d
= 7 ×
(1 + 0,28 × )
|
Согласно таблице 5.3 при Vм = 0,99 для нагретых
выбросов
d
= 4,95×Vм (1+0,28 ×) (5.8)=
4,95×Vм (1+0,28 ×
) = 5,72
Определяем расстояние от источника выброса до
точки с максимальной концентрацией вредного вещества в приземном слое:
Хм= 
, м (5.9)
Хм= 
= 60 (м)
Сравнивая полученные значения
максимальных приземных концентраций (пыли) См=0,1 мг/м3 с предельно-допустимой
концентрацией пыли в атмосферном воздухе (ПДК=0,04 мг/м3), делаем вывод о том,
что для уменьшения загрязненности атмосферы и рабочей зоны пылью необходимо
установить на участие термообработки системы пылеуловителей.
брак отжиг термический
участок
5.3 Определение предельно допустимых
выбросов вредных веществ
Вычисляем значение ПДВ для нагретых
выбросов:
ПДВ = 
, г/с (5.10)
где ПДК - предельно-допустимая
концентрация пыли в атмосферном воздухе, мг/м3
ПДВ = 
= 0,04 (г/с)
Вычислим максимальные концентрации
вредных веществ в выбросе около устья источника:
См.т. = 
, г/см3
(5.11)
См.т. = 
= 0,18
(г/см3)
Определим (если М > ПДВ) необходимую степень
очистки:
= 
(5.12)
= 
= 64%
Согласно 64 % степени очистки газа
от пыли назначаем в качестве очистного устройства - батарейный циклон.
5.4 Разработка мероприятий по
снижению выбросов
Для снижения выбросов в окружающую
среду, очистки воздуха рабочей зоны от пыли предлагается использовать
батарейный циклон (мультициклон), который состоит из группы параллельно
включенных циклонных элементов небольшого диаметра, размещенных в общем корпусе
(секции); число их в секции и число секций определяются режимом и условиями
работы установки. Батарейный циклон рассчитан на давление (разрежение) до 2500
Па и температуру до 673 К. Циклон имеет простую конструкцию, обладает большой
пропускной способностью и несложный в эксплуатации (рисунок 1) [22].
Рисунок 5.1 - Схема батарейного циклона: 1 -
входной патрубок; 2 - корпус; 3 - пылеосадочный бункер; 4- пылевой затвор; 5-
канал для удаления пыли; 6- циклонные элементы; 7- труба для выхода воздуха
6. ОХРАНА ТРУДА
Согласно закону об охране труда (1993г.) и
дополнении от 1.01.2003 года на каждом рабочем месте работодатель должен
обеспечить комфортные или безопасные условия труда, которые должны
соответствовать по факторам нормативным значениям согласно заданным условиям
работы. Приоритетным направлением государства является здоровье рабочих по
отношению к труду.
Цель данного раздела заключается в анализе
условий труда рабочих на участке термообработки режущего инструмента и
разработке мероприятий для создания безопасных условий труда.
6.1 Анализ вредных и опасных
факторов на участке термообработки режущего инструмента
Создание здоровых и безопасных условий труда
основано на учете опасных и вредных факторов инструментального производства и
проведении мероприятий, предотвращающих их воздействие на работающих. При
термообработке инструмента опасные и вредные производственные факторы
обусловлены ее видом, применяемым оборудованием (основное, дополнительное,
вспомогательное и контрольное) и рабочими средами (воздушные, с расплавами
солей, селитры) [23].
На участке термообработки режущего инструмента
выполняются следующие операции: транспортирование в таре заготовок и
инструмента кран-балкой к печи, ванне, на участок сдачи; тельфером - на участок
ТВЧ и механической обработки. В печь для отжига заготовки укладываются и
выгружаются при помощи захвата. В закалочные ванны инструмент загружается и
выгружается при помощи крюка и проволоки (фрезы), в приспособлении при помощи
захвата (метчики); в отпускные ванны - в корзине. На участке проводится
контроль твердости, шлифовка и правка инструмента. Контроль режимов
осуществляется потенциометром и часами электрическими.
Согласно ГОСТ 12.0.003-74 опасны и вредные
производственные факторы, которые могут возникнуть на участке термообработки
подразделяются на следующие:
а) физические:
движущиеся машины и механизмы: кран мостовой,
кран-балки, тельфер; передвигающиеся заготовки, инструменты: из закалочной
ванны в масляный бак и в отпускную ванну; из печи, ванны на участок сдачи или
механической обработки;
повышенная запыленность воздуха рабочей зоны
(0,1мг/м3) возникает в результате работы гидропескоструйного аппарата;
повышенная температура поверхности оборудования
и инструмента, может привести к перегреву и тепловым ожогам рабочего;
повышенная температура воздуха (летом 35°С,
зимой 25°С),
повышенная или пониженная влажность и подвижность воздуха (0,5м/с) рабочей зоны
может вызвать быструю утомляемость работающего, перегрев организма и большое
потовыделение. Это ведет к снижению внимания, вялости и может оказаться
причиной возникновения несчастного случая;
уровень шума (63дБА) и вибрации (96дБ) возникают
из-за работы трансформаторов, кран-балок, тельфера и движения крана мостового;
недостаток естественного освещения (оконные проемы,
светоаэрационный фонарь), недостаточная освещенность рабочей зоны (лампы ДРЛ),
повышенная яркость света или пониженная контрастность вызывает быструю
утомляемость глаз и может оказаться причиной несчастного случая;
острые кромки, заусенцы и шероховатость на
поверхности заготовок, инструмента, оборудования могут привести к травме;
повышенное значение напряжения в электрической
цепи в следствии неисправности изоляции при соприкосновении с открытыми
токоведущими частями оборудования при загрузке, выгрузке, перемещении заготовок
и при других технологических операциях возникает опасность поражения
работающего электрическим током.
На участке термообработки в производственных
электрических печах, соляных и селитровых ванных, образуются высокие
температуры, которые могут создать пожарную опасность при нарушении целостности
и исправности действия самой печи, ванны, их кожуха. При термообработке
инструмента применяется минеральное масло для охлаждения инструмента,
температура которого для избежания возгорания не должна превышать предела,
установленного для данного сорта масла; предметы, находящиеся в соприкосновении
с расплавленной солью, должны быть абсолютно сухими, так как попадание в ванну
даже незначительного количества влаги вызывает бурное испарение, похожее на
взрыв. Выбрасываемая из ванны расплавленная соль может стать причиной
возникновения пожара. При работе с селитрой нагрев ее свыше 580 °С
не допускается, так как при температуре 560 °С происходит ее
разложение, способное вызвать пожар.
б) химические:
раздражающие (выделение паров масла при
охлаждении, соли, селитры при нагреве инструмента), проникающие в организм
человека через органы дыхания и вызывающие раздражение верхних дыхательных
путей, появление насморка, раздражение слизистой оболочки глаз.
6.2 Нормы по факторам
Согласно ГОСТ 12.1.007-76 предельно-допустимая
концентрация (ПДК) вредных веществ на участке термообработки составляет: пары
солей ПДК=5, пары селитры ДПК=5, пары масла минерального ПДК=5, пыли ПДК=0,04
мг/м3.
Согласно СНиП 245-71 ПДУ вибрации = 111 дБ.
СНиП ІІ-12-77 ПДУ шума = 92 дБа.
По ГОСТ 12.1.005-88 ПДУ температуры воздуха на
участке летом при 3-й категории тяжести работ = 20 °С,
зимой ПДУ = 18 °С; скорость движения воздуха летом
0,2-0,6 м/с, зимой £ 0,5 м/с; относительная влажность
воздуха зимой и летом 75 %.
Освещение участка должно соответствовать СНиП
ІІ-4-79. Общий уровень освещенности по цеху от одного общего освещения должен
быть не менее 200 лк, что даст возможность рабочему хорошо видеть процесс
работы, не напрягая зрения и не наклоняясь для этого к инструменту не далее 0,5
м от глаз. На случай внезапного прекращения подачи электроэнергии помещение
оборудовано аварийным освещением, обеспечивающим освещенность не менее 5 %
освещенности, нормируемой при общем освещении, не менее 2 лк на полу основных
проходов для выхода людей и 10 лк на рабочих местах, где невозможно немедленное
прекращение работы [24].
Естественное освещение используется в дневное
время суток, оно должно обеспечивать хорошую освещенность и равномерность. Согласно
СНиП ІІ-4-79 и исходя из разряда зрительных работ ІІ-в коэффициент
естественного освещения участка термообработки при боковом освещении ен=2,5,
при верхнем освещении ен=7.
Искусственное освещение используется в темное
время суток, а также при недостаточном естественном освещении. Нормируемое
значение искусственной освещенности определяется по СНиП ІІ-4-79 Ен = 500 лк.
Для создания в производственных помещениях
нормальных метеорологических условий, удалить из них вредные газы и пары, пыль,
необходимо правильно спроектировать и надлежащим образом эксплуатировать
вентиляционную систему (ГОСТ 12.4.021-75).
Согласно ГОСТ 6625-85 количество воздуха
удаляемого одной вентиляционной установкой - 6000 м3/ч, вытяжным зонтом - 15400
м3/ч, бортовым отсосом - 3060 м3/ч, количество воздуха подаваемого приточными
установками - 43200 м3/ч.
6.3 Влияние опасных и вредных
производственных факторов на рабочих участка термообработки режущего
инструмента
Фактическое значение условий труда определяется
на основе данных аттестации рабочих мест и специальных замеров уровней факторов
среды.
При работе с расплавами солей образуются вредные
выделения = 6,2 (ПДК=5), т.к. они превышают ПДК, то следовательно являются
вредным фактором, для уменьшения которого необходимо произвести очистку местных
вентиляций (вытяжные зонты).
При работе с селитровыми ваннами также
образуются вредные выделения=7,4 (ПДК=5), для уменьшения содержания их в
воздухе необходимо произвести очистку местных вентиляций (бортовые отсосы).
При охлаждении инструмента в закалочном баке
происходит выделение масляных паров =6,8 (ПДК=5), следовательно для уменьшения
их содержания в воздухе рабочей зоны необходимо заменить систему циркуляции
закалочного масла и произвести очистку местных вентиляций (бортовые отсосы).
Запыленность воздуха составляет 0,1 мг/м3, что
превышает ПДК=0,04 мг/м3. Для уменьшения содержания пыли необходимо установить
пылеуловиетль.
Вибрация на участке составляет 96 дБ, тогда как
ПДУ=111 дБ, следовательно во время пребывания на рабочем месте она не опасна
для здоровья работающих.
Уровень шума = 63 дБА (ПДУ=92 дБА), на рабочих
местах шум не представляет вреда для здоровья работающих.
Микроклимат в помещении:
температура воздуха на участке летом 35 °С
(ПДУ=20 °С),
зимой 25°С
(ПДУ=18 °С),
следовательно для понижения температуры необходимо увеличить количество
приточных и вытяжных установок;
скорость воздуха на рабочих местах составляет
0,5 м/с (ПДУ=0,6), значит воздушные потоки не представляют вреда для здоровья
рабочих.
6.4 Мероприятия по обеспечению безопасных
и здоровых условий труда
Естественное освещение
Естественное освещение на участке термообработки
осуществляется через светоаэрационный фонарь и окна в наружных стенах здания.
Нормируемое значение общей естественной освещенности на участке должно соответствовать
следующему значению:
ен =ен(б) +ен(в) = 2,5+7 =9,5
Рассчитываем площадь при боковом освещении:
Sб = 
(6.1)
где ен - нормированное значение
естественной освещенности при боковом освещении;уч - площадь участка;
Кз - коэффициент запаса (Кз =1,5);
Кзд - коэффициент затемнения здания
(Кзд =1);
hб
- светочувствительная характеристика (hб
=15);
tо
- коэффициент светопропускания стекла принимаем согласно формуле:
tо = t1 ×
t2
×
t3
где t1- коэффициент,
учитывающий вид светопропускающего материала, для двойного оконного листового
стекла t1
= 0,8;
t2- коэффициент, учитывающий вид переплета, для
окон и фонарей промышленных зданий (стальные, двойные открывающиеся) t2
= 0,6;
t3- зависит от вида несущих конструкций покрытий
для железобетонных ферм и арок t3 = 0,8;
tо = 0,8 × 0,6 ×
0,8 = 0,3
- коэффициент (r1=1,5);
Площадь участка вычисляем по формуле:
уч. = А × В (6.2)уч. = 36 ×
24 = 864 (м2)
где А - длина участка, м;
В- ширина пролета, м
Sб = 
=1080 (м2)
Определяем расчетное значение
освещенности:
ер(б) = 
= 
=2,5 (6.3)
Площадь при верхнем освещении
Sв = 
, (6.4)
где ер- расчетное значение
освещенности при верхнем освещении;
hф-
светочувствительная характеристика фонаря (hф
=3,5);- коэффициент, учитывающий повышение КЕО за счет отражения светового
потока от пола, потолка, стен (r2==1,7).
Определяем расчетное значение
освещенности:
ер(в) = 
, (6.5)
где Sво- площадь верхнего освещения
(Sво= 600 м2)
ер(в) = 
= 6,7в = 
=397,2 (м2)
ен(р) = 2,5+6,7=9,2
Фактическое значение освещения на
участке равно 9,2, что ниже нормы, поэтому для обеспечения нормальных условий
труда необходимо использовать искусственное освещение.
Искусственная освещенность
На участке термообработки принимаем
18 ДРЛ ламп типа ГсР 1000, световой поток которых равен 57000 лм.
Величину искусственной освещенности
найдем по формуле:
Еф = 
, (6.6)
где Fл- световой поток лампы, лм;число ламп (N=1
шт.);число светильников;
h- коэффициент (h=0,7);
Кз- коэффициент запаса (Кз=1,5);коэффициент
неравномерности освещения (Z= 1,1).
Еф = 
=503 (лк)
Т.к Ен(500) < Еф(505), следовательно на
участке достаточная искусственная освещенность.
Эффективность вентиляции
Вентиляция на участке термообработки
смешанная: естественная вентиляция - проветривание и механическая - местная
вытяжная и общая приточная и вытяжная.
Проветривание участка проводится
путем открывания форточек в окнах и светоаэрационного фонаря - это периодически
действующая естественная вентиляция.
Приточная вентиляция обеспечивает
подачу чистого воздуха. Она применяется в производственных помещениях со
значительными тепловыделениями (<
23 Дж / м3).
Вытяжная вентиляция применяется для
удаления вредных веществ выделившихся вне ванны, т.к. в процессе выгрузки
инструмент держат над ванной для стекания с него раствора, а следовательно,
испарение происходит вне зоны действия бортовых отсосов.
Местная вентиляция предназначена для
удаления выделяемых вредностей непосредственно в месте их образования для
предотвращения распространения их в воздухе всего производственного помещения.
Преимуществом местной вентиляции является то, что отсос минимальных объемов
воздуха с большим содержанием вредных примесей в нем предупреждает загрязнение
воздуха всего помещения.
На участке термообработки местная
вытяжная вентиляция установлена в виде вытяжных зонтов на соляных ваннах, в
виде местных бортовых отсосов на селитровых ваннах и закалочных баках [25].
Т.к. установлено, что вентиляционные
установки выполняют не только функцию воздухообмена, но и функцию очистки
воздуха от пыли, газов, избыточного тепла, поэтому для выяснения необходима ли
очитка воздуха на данном участке, определяем количество необходимого
подаваемого воздуха по избыткам явного тепла:
д = Lуд +
, (6.7)
где Lуд- количество воздуха,
удаляемого из рабочей зоны вентиляцией, м3/ч;я- избыток явного тепла на
участке, Вт;пд- предельно-допустимое значение температуры на участке;ф,tпод-
фактическое значение температуры на участке и подаваемого воздуха, °С.
Избыток явного тепла на участке
термообработки равен 105 Дж/с/м3. По ГОСТ 12.1.005-76 определяем, что данное
помещение со значительными избытками тепла (более 23 Дж/ м3).
Определяем избыток явного тепла для
данного участка:
я = g явн ×Vуч (6.8)
Объем участка вычисляем по формуле:
Vуч = А× В×
h = 36 ×
24 ×
8,4= 7257,6 (м3)
где h - высота участка;
я = 105 × 7 257,6 = 762048,0
(Вт)
Количество воздуха, удаляемого из рабочей зоны
вентиляцией:
уд = Lвыт.× nвыт. (6.9)
где Lвыт- количество воздуха, удаляемого одной
вытяжной установкой - 600 м3/ч, зонтом - 15400 м3/ч, бортовым отсосом -3060
м3/ч;выт. - количество установок: вентилятора - 2 шт., вытяжных зонтов - 5 шт.,
бортовых отсосов - 8 шт.
уд1 = 6000.× 2= 12000
(м3/ч),уд2 = 15400.× 5= 77000 (м3/ч),уд3 = 3060.×
8 = 24480 (м3/ч),уд. общ. = 12000.+ 77000 + 24480= 113480 (м3/ч).
Все остальные параметры приняты: tф=35 °С,
tпд=20 °С,
tпод=10 °С.
Lnд = 113480 +
= 173198,0
(м3/ч)
Фактическое значение подаваемого
воздуха:
ф = Lприт.× nприт.
(6.10)
где Lприт- количество воздуха,
подаваемого приточными вентиляционными установками равно 43200 м3/ч;
nприт. - количество установок равно 3 шт.
ф = 43200 × 3 = 129600 (м3/ч).
Т.к. Lф < Lп.д., значит
установленная система приточно-вытяжной вентиляции не обеспечивает оптимальную
подачу свежего воздуха, следовательно необходимо установить дополнительную
приточно-вытяжную вентиляционную установку.
Электробезопасность
На участке термообработки режущего инструмента
напряжение электрической печи на нагревателях = 269,4 В; селитровых и соляных
ванн на электродах = 18,5 В. Согласно системе стандартов безопасности труда
(ССБТ) и правилами устройства электроустановок (ПУЭ) сопротивление защитного
заземления в любое время года не должно превышать 4 Ом в установках с напряжением
до 1000 В.
При устройстве защитного заземления
все соединения выполняться при помощи сварки. В качестве заземлителей
используем трубы диаметром d = 60 мм, длиной = 3 м. Заземлители вбиваются в землю
на расстоянии друг от друга L= 4 м, глубина погружения полосы h = 0,8 м.
Заземлители соединены между собой металлической полосой шириной в= 4×10-3 м.
Длина соединительной полосы Ln
определяется из формулы:
=Lв(n-1), (6.11)
количество вертикальных заземлителей
равно 8 шт.
=4×(8 - 1)= 28 (м).
Общее сопротивление защитного
заземления Rз.р., Ом:
з.р = 
, (6.12)
где RT- сопротивление одиночного заземлителя
(трубы), Ом;сопротивление горизонтального заземлителя («полосы»), Ом;
hn и hT- коэффициенты
использования «полосы» (hn=0,6-0,85) и «трубы» (hT
= 0,8);число труб (= 8 шт.)
RT =
, (6.13)
где r- удельное сопротивление грунта (r=300 Ом×м);
- длина
вертикального заземлителя,м;диаметр трубы, м;глубина заложения трубы (равна
расстоянию от поверхности грунта до середины трубы, м)
=
h +/2=0,8 + 3/2
= 2,3 (м)=
= 34,18
(Ом)= 
= 7,83 (Ом)
(6.14)з.р.= 
=3,5 (Ом)
Т.к.
Rз.р (3,5м) < Rн (4Ом),
следовательно работа на электрооборудовании не представляет опасности для жизни
рабочих.
6.5
Средства индивидуальной защиты
Рабочим
термических цехов бесплатно выдаются спецодежда, средства для защиты глаз,
головы, органов дыхания, рук и ног. Выдаваемые рабочим средства индивидуальной
защиты должны отвечать требованиям ГОСТов, ОСТов и ТУ, быть пригодными и
удобными для пользования, строго соответствовать условиям труда и требованиям
личной безопасности.
Все
рабочие, соприкасающиеся с солями, обеспечены на время работ: костюмом из
хлопчатобумажной плотной ткани, который должен обеспечивать высокую степень
защиты, возможность проведения в нем различных ремонтных и аварийных работ;
резиновыми перчатками, головным убором, резиновыми сапогами, прорезиненным
фартуком, противогазом марки БКФ и противопыльным фильтром или противогазом В.
Участок
имеет отделение для хранения спецодежды, воды, мыла и аптечки.
В
качестве средств защиты головы работающих применяют каски разных конструкций,
которые представляют собой жесткий головной убор для смягчения и равномерного
распределения ударной нагрузки.
В
качестве средств защиты рук от растворов солей и минеральных масел применяют
рукавицы, которые изготовляют из полимерных материалов (пленочных и на
трикотажной основе), резин, пластмасс и т.п. Резиновые промышленные и
технические перчатки, предназначены для защиты рук от воды, растворов солей,
масел, изготавливаются из листовой резины. В качестве средств защиты рук от
повышенных температур применяют рукавицы из шине-льного сукна. В качестве
средств защиты рук от поражения электрическим током применяют диэлектрические
перчатки при напряжении до 1000 В.
В
качестве средств защиты ног от теплового потока применяют специальную кожаную
обувь, а от воды, масел - специальные резиновые формовые сапоги.
Для
защиты лица и глаз используют щитки или очки из органического стекла [23].
6.6 Строительно-планировочная
характеристика участка термообработки режущего инструмента
Участок термообработки режущего инструмент
расположен в одноэтажном здании из железобетонных конструкций, которые в свою
очередь состоят из железобетонных колонн, связующих рам, балок, подкрановых
элементов здания, несущих сборочных конструкций для покрытий.
Ширина пролета участка 24 м, шаг колонны 12 м,
высота 8,4 м, длина 36 м. Он оборудован светоаэрационным фонарем и оконными
проемами в стене. Стены окрашены огнеупорной краской. Полы бетонные имеют
ровную, удобную для очистки поверхность.
На участке термообработки оборудование
установлено с учетом направления основного грузопотока цеха и так что к нему
открыт свободный доступ для ремонта. Расстояние между оборудованием и стенами
здания 2 м, расстояние между смежным оборудованием: электропечами 2,5 м;
соляными ваннами 1,5 м; селитровыми ваннами 2 м; от ванны до закалочного бака
2,5 м. Расстояние от оборудования до складного места 1-1,5 м. Проходы для людей
на участке 1,5 м.
На участке имеется три эвакуационных выхода. На
территории участка имеются: кладовые приема и сдачи инструмента, контора
мастера, экспресс лаборатория, комната отдыха.
Грузы (сырье, готовая продукция) внутри участка
перемещаются с помощью двух кран-балок грузоподъемностью 1т, которые
перемещаются параллельно друг относительно друга вдоль участка по рельсам,
уложенным на подкрановые балки, которые опираются на консоли колонн каркаса.
Для транспортировки заготовок и инструмента на участок ТВЧ и на механический
участок используется монорельс с тельфером.
Производим расчет объема и площади рабочего
места.
Нормированное значение площади рабочего места
Sн=4,5 м2, рабочего объема Vн =15 м3.
Площадь и объем рабочего места определяются:
Sр = 
= 42,0 (м2), (6.15)
где Sоб - площадь на оборудование
равен произведению числа единиц оборудования на площадь занимаемую одной
единицей оборудования (3м2);- число работающих в одной смене.
р = 
= 415,1 (м3), (6.16)
где Vоб - объем на оборудование
равен произведению числа единиц оборудования на величину объема занимаемого
одной единицей оборудования (Vрн =4 м3).
Т.к. Sр =42,0 м2 > Sн =4,5 м2р =415,1 м3 > Sн =15 м2
Следовательно, площадь и объем
рабочего места на участке термообработки являются достаточными.
6.7 Пожарная безопасность
На участке термообработки режущего
инструмента для контроля и обнаружения пожаров на соляных, селитровых ваннах и
масляных баках установлены системы автоматических сигнализаций, сообщающие о
перегреве расплавов.
Первичные средства пожаротушения
(шанцевый инструмент, ведра, огнетушители) находятся на специальном щите, рядом
с которым расположен ящик с пеком. По нормам щиты на территории предприятия
располагают из расчета один на площадь до 5000 м2 (Sуч = 864 м2). Средства
пожаротушения окрашивают в красный цвет, а надписи на них и поверхность щита
делают белыми.
На участке имеются два пожарных
крана и пенные огнетушители марки ОХП-10 (4шт.), предназначенные для тушения
очагов горения твердых материалов, также горючих и легковоспламеняющихся
жидкостей на площади не более 1м2. Их нельзя использовать для ликвидации
пожаров в электроустановках, находящихся под напряжением, а также для тушения
веществ, вступающих в химическую реакцию с водой. Продолжительность действия
огнетушителя 60 с, длина струи 6-8 м [23].
В данном разделе произведен анализ
условий труда рабочих на участке термообработки режущего инструмента согласно
ГОСТ 12.0.003-74 и разработаны мероприятия для создания безопасных условий
труда.
7. ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА
Гражданская оборона (ГО)
представляет собой систему общегосударственных оборонных мероприятий,
осуществляемых с целью защиты населения и промышленных объектов в чрезвычайных
ситуациях мирного и военного времени, повышения устойчивости функционирования
промышленных объектов, а также проведения спасательных и других неотложных
работ (СиДНР) при ликвидации последствий стихийных бедствий, аварий
(катастроф).
7.1 Оповещение рабочих и служащих
участка термообработки в чрезвычайных ситуациях мирного и военного времени
Среди комплекса мероприятий по
защите населения, рабочих и служащих при возникновении чрезвычайных ситуаций
особо важное значение принадлежит организации своевременного его оповещения,
которое возлагается на органы ГО.
Оповещение организуется средствами
радио и телевидения.
Для того чтобы население, рабочие и
служащие вовремя включили эти средства оповещения, используют сигналы
транспортных средств, а также прерывистые гудки предприятий.
Завывание сирен, прерывистые гудки
предприятий и сигналы транспортных средств означают предупредительный сигнал
«Внимание всем!». Услышав этот сигнал, надо немедленно включить теле- и
радиоприемники и слушать экстренное сообщение местных органов власти или штаба ГО.
Все дальнейшие действия определяются их указаниями.
К чрезвычайным ситуациям мирного
времени относятся:
аварии на атомных электростанциях;
аварии на предприятиях нефтяной,
химической и газовой промышленностях;
возможности наводнения,
землетрясения;
штормовое предупреждение;
возможность взрыва на складе
боеприпасов.
К чрезвычайным ситуациям военного
времени относятся:
воздушная опасность;
минование воздушной опасности;
угроза химического заражения;
угроза радиоактивного заражения.
К чрезвычайным ситуациям мирного
времени относится наводнение.
Наводнение - это значительные
затопления местности в результате подъема уровня воды в реке, озере,
водохранилище, вызываемого различными причинами (весеннее снеготаяние,
выпадение обильных ливневых и дождевых осадков, заторы льда на реках, прорыв
плотин, завальных озер и ограждающих дамб, ветровой нагон воды и т.п.).
Наводнения наносят огромный материальный ущерб и приводят к человеческим
жертвам [27].
При приближении наводнения подается
сигнал «Внимание всем!», при котором рабочие и служащие участка прекращают
работу, выключают станки, электрооборудование, проводится защита некоторой
части материальных ценностей путем заделывания входов и оконных проемов
подвалов и нижних этажей здания, берутся личные документы и по указанию
начальника ГО эвакуируются в безопасное место или загородную зону.
К чрезвычайным ситуациям военного
времени относится «Воздушная опасность».
При приближении непосредственной
опасности ударов противника с воздуха подается сигнал: «Воздушная опасность!»,
которому предшествует сигнал «Внимание всем!» с последующей информацией, по
которой рабочие и служащие должны прекратить или приостановить работу,
выключить электрооборудование (печи, ванны, станки), отключить ток, принять
меры к снижению давления воздуха, воды, газа, взять средства индивидуальной
защиты и укрыться в защитном сооружении [28].
Таким образом своевременное
оповещение позволит защитить рабочих и служащих участка термической обработки в
мирное и военное время и сохранить материальные ценности предприятия.
8. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
8.1 Общая характеристика внедряемого
режима
В данном дипломном проекте
предлагается замена предварительной термообработки (для фрез и метчиков) -
отжига изотермического, проводящегося при температуре ниже А3 с длительностью
процесса 5-6 часов, на отжиг, проводящийся при температуре выше А3, с
длительностью 2-3 часа. Для изготовления режущего инструмента используется
менее дорогая и дефицитная быстрорежущая сталь Р6М5 вместо Р18, а метчик в
целях экономии быстрорежущей стали изготовляется сварным с использованием для
хвостовой части сталь 40Х. Для расчета экономической эффективности рассмотрим
следующий краткий обзор.
8.2 Анализ базового и проектируемого
режимов термообработки
Предлагаемый в данном дипломном
проекте отжиг, по сравнению с изотермическим отжигом, позволяет повысить
производительность отжигаемого инструмента, уменьшить уровень технологически
неизбежного брака, снизить количество потребляемой энергии и времени.
Таблица 8.1 - Исходные данные к
расчету показателей технического уровня
|
Показатель
|
Базовый
режим
|
Проектируемый
режим
|
|
1
|
2
|
3
|
|
Время
работы печи, ч/год
|
3
527
|
3
527
|
|
Количество
печей, шт.
|
2
|
2
|
|
Время
за один цикл (фреза + метчик), ч
|
5
+ 6
|
2
+ 3
|
|
Время
загрузки и выгрузки, ч
|
0,2
|
0,2
|
|
Численность
рабочих, обслуживающих одну печь, чел.
|
1
|
1
|
|
Годовая
производительность, шт/год
|
50
000
|
50
000
|
|
Количество
смен работы оборудования
|
2
|
2
|
|
Установленная
мощность печи, кВт
|
86
|
86
|
|
Масса
инструмента, кг:
|
|
|
|
-
фрезы (Б - сталь Р18, П - сталь Р6М5)
|
3,6
|
3,6
|
|
-
метчика (Б - сталь Р18+40Х, П - сталь Р6М5+40Х)
|
1,6
|
2,8
|
|
Затраты
на сталь, грн:
|
|
|
|
-
фрезы
|
79,2
|
64,8
|
|
-
метчика
|
16,2
|
17,4
|
|
Трудоемкость
изготовления (фреза + метчик), чел-ч/т
|
128
|
93,9
|
Определение экономического эффекта на стадии
«эксплуатация»
Расчет экономического эффекта на стадии
«эксплуатация» ведется по формуле:
= QT1 - QT2 (8.1)
где Rt - экономический эффект (выгода) на t-ом
году эксплуатации,
тыс. грн.;, QT2 - объем товарной продукции по
базовому и проектируемому вариантам в ценах расчетного года, тыс. грн.
= Qф + Qм = (79,2 грн. ×
20 000 шт/г.) + (16,2 × 30 000) = 2 070 000 грн./г.=
Qф + Qм = (64,8 грн. × 20 000 шт/г.) + (17,4 ×
30 000) = 1 818 000 грн./г.= 2 070 000 - 1 818 000 = 252 000 грн.
Расчет затрат на основные материалы
Расчет потребности в основных материалах
производится на основе установленной для проектируемого участка программы
цеховой номенклатуры инструментов и норм расхода на каждую единицу продукции.
Стоимость реализуемых отходов при детальных
расчетах определяют дифференцированно (концевые и раскройные, облой, окалина).
Угар считают безвозвратной потерей.
В общем виде затраты на основные материалы,
идущие на выполнение годового задания, могут быть рассчитаны следующим образом:
М = (Нм × Цм ×
Ктз - Но × Цо) ×
А, (8.2)
где Нм - норма расхода материала на заготовку:
по базовому: Фреза = 4,68 кг; Метчик = 2,08 кг;
по проекту: Фреза = 4,68 кг; Метчик = 3,64 кг;
Цм - цена материала за 1 кг: сталь Р18 - 22
грн.; сталь Р6М5 - 18 грн.; сталь 40Х - 3 грн;
Ктз - коэффициент равный 1,05;
Но - масса возвратных отходов:
по базовому: Ф = 0,75 кг; М = 0,33 кг;
по проекту: Ф = 0,75 кг; М = 0,58 кг;
Цо - цена 1 кг возвратных отходов: сталь Р18 -
9,9 грн.; сталь Р6М5 - 8,1 грн.; сталь 40Х - 1,35 грн;
А - годовая программа производимого инструмента,
шт;
М б = (4,68 + 2,08) ×
(22 + 3) × 1,05 - (0,75 + 0,33) ×
(9,9 + 1,35) × 50 000 = 7 265 000
Мп = (4,68 + 3,64) ×
(18 + 3) × 1,05 - (0,75 + 0,58) ×
(8,1 + 1,35) × 50 000 = 8 544 375
Расчет затрат на материалы оформляем в виде
ведомости, представленной в таблице 8.2
Таблица 8.2 - Расчет затрат на основные
материалы
|
Наименование
инструмента
|
Годовое
задание, шт.
|
Марка
материала по ГОСТу
|
Норма
расхода
|
Цена
1 т, грн.
|
Стоимость
стали за кг., грн.
|
Вес
отходов, т
|
Цена
1 т. отходов, грн.
|
Стоимость
отходов за 1 кг, ггрнгрн.
|
Стоимость
материала за вычетом отходов, грн.
|
|
|
|
На
инструмент
|
На
программу, т
|
|
|
на
инструмент
|
На
программу, т
|
|
|
|
|
По
базовому варианту
|
|
Фреза
|
20000
|
Р18
|
4,68
|
93,6
|
28000
|
1,08
|
21,6
|
15900
|
9,9
|
12,1
|
|
Метчик
|
30000
|
Р18
+ 40Х
|
2,08
|
62,4
|
31000
|
22+3
|
0,48
|
14,4
|
17250
|
9,9+1,65
|
12,1
+ 1,65
|
|
По
проекту
|
|
Фреза
|
20000
|
Р6М5
|
4,68
|
93,6
|
24000
|
18
|
1,08
|
21,6
|
14100
|
8,1
|
9,9
|
|
Метчик
|
30000
|
Р6М5+
40Х
|
3,64
|
109,2
|
27000
|
18+3
|
0,84
|
25,2
|
15450
|
8,1+1,65
|
9,9
+ 1,65
|
|
Итого
|
по
базовому варианту
|
6,76
|
156
|
59000
|
47
|
1,56
|
36
|
33150
|
21,1
|
25,85
|
|
по
проекту
|
8,32
|
202,8
|
51000
|
39
|
1,92
|
46,8
|
29550
|
17,5
|
21,45
|
Расчет затрат на электроэнергию для
технологических целей
Затраты на электроэнергию определяют по формуле:
Зт = Нт × Цт ×
В, (8.3)
где Нт - удельная норма расхода электроэнергии:
430 кВт за 5 ч (2 ч на фрезу, 3 ч на метчик) - проект; 946 кВт за 11 ч (5ч на
фрезу, 6ч на метчик) - база;
Цт - цена электроэнергии (0,156 грн. за 1 кВт);
В - вес нагреваемых инструментов (по норме
расхода) умноженный на необходимое для выполнения программы количество часов;
Зт (п) = 430 × 0,156 ×
202,8 ×
7054 = 95 961 374
Зт (б) = 946 × 0,156 ×
156 ×7054
= 162 396 172
Количество основных производственных рабочих в
термическом инструментальном цеху определяем расстановочным способом (см.
таблицу 8.3).
Таблица 8.3 - Расчет численности рабочих
|
Наименование
оборудования
|
Кол-во
единиц
|
Норма
обслуживания
|
Сменность
|
Явочный
состав
|
|
|
профессия
|
разряд
рабочего
|
кол-во
человек в смену
|
|
|
|
Печь
камерная СНО 8.16.5/10
|
2
|
термист
|
5
|
2
|
ІІ
|
4
|
Расчет фонда оплаты труда
В соответствии с Законом Украины «Об оплате
труда» фонд оплаты труда подразделяется на:
фонд основной заработной платы;
фонд дополнительной оплаты труда;
иные поощрительные и компенсационные выплаты.
Для определения фонда прямой заработной платы
рабочих повременщиков надо умножить количество человеко-часов, которое должно
быть отработано ими в плановом периоде на часовую тарифную ставку одного
рабочего по тарифной сетке.
Определяем фонд прямой заработной платы:
Фз = С ч × То; (8.4)
Фз (п) = 7 328 ч ×
3 грн.= 21 984 грн/г.
Фз (б) = 7 680 ×
3,6 грн. = 27 648 грн/г.
В фонд дополнительной заработной платы
включаются:
надбавки и доплаты к тарифным ставкам за высокое
квалификационное мастерство, за работу в тяжелых, вредных и особо вредных
условиях;
премии работникам за выполнение и перевыполнение
производственных заданий, экономию сырья, материалов, инструментов и иных
материальных ценностей и т.д.;
оплата ежегодных и дополнительных отпусков в
соответствии с законодательством.
Дополнительная заработная плата определяется в
процентах к основной заработной плате. Величина этого процента в среднем может
быть принята для повременщиков - 40.
При формировании издержек производства
необходимо учитывать начисления на заработную плату, определяемые в процентах к
основной и дополнительной заработной плате, которые включаются в себестоимость
продукции. К статье калькуляции «Отчисления на государственное страхование»
относятся:
отчисления на государственное социальное
страхование и обязательные страховые взносы в Пенсионный фонд (36 %);
фонд занятости (1,5 %).
Ведомость расчета фонда оплаты труда основных
рабочих приведена в таблице 8.4.
Фонд оплаты труда рабочих рассчитывается
перемножением суммы месячных окладов на 12 месяцев. Заработная плата рабочих
сводится в ведомость таблицы 8.6.
Таблица 8.4 - Расчет фонда оплаты труда основных
рабочих
|
Наименование
профессии
|
Численность
по годовому плану, чел.
|
Действительный
годовой фонд времени, ч
|
Средний
разряд рабочих
|
Часовая
тарифная ставка, грн.
|
Фонд
зарплаты по тарифу, тыс. грн.
|
Дополнительная
зарплата, тыс. грн.
|
Итого
фонд основной и дополнительной зарплаты, тыс. грн.
|
Отчисления
на социальное страхование, тыс. грн.
|
Итого
фонд зарплаты, тыс. грн.
|
|
|
одного
чел.
|
всех
рабочих
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
|
|
|
|
|
|
(4×6)
|
(%от7)
|
(7+8)
|
(%от9)
|
(9+10)
|
|
По
базовому варианту
|
|
термист
|
2
|
3840
|
7680
|
V
|
3,6
|
27648
|
11059,2
|
38707,2
|
13934,5
|
52641,7
|
|
По
проекту
|
|
термист
|
2
|
3664
|
7328
|
V
|
3
|
21984
|
8793,6
|
3077,6
|
11079,9
|
41857,5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 8.5 - Расчет фонда оплаты труда
|
Должность
|
Количество
штатных единиц, чел.
|
Оклад
в месяц, грн.
|
Дополнительная
зарплата, грн.
|
Годовой
фонд зарплаты по окладу, грн
|
Отчисл.
на соцстрахование, тыс. грн.
|
Итого
фонд зарплаты, тыс. грн.
|
|
По
базовому варианту
|
|
термист
|
2
|
590,4
|
236,1
|
7084
|
2550
|
9634
|
|
По
проекту
|
|
термист
|
2
|
492
|
196,8
|
5904
|
2125
|
8029
|
Таблица 8.6 - Сводная ведомость годового фонда
заработной платы
|
Категория
работающих
|
Количество,
чел.
|
Фонд
зарплаты, тыс. грн.
|
Средний
месячный уровень зарплаты, грн.
|
|
П
|
Б
|
П
|
Б
|
П
|
Б
|
|
основные
|
2
|
2
|
16
058
|
19
269
|
492
|
590,4
|
Определение затрат на содержание и эксплуатацию
оборудования
Амортизация технологического и
подъемно-транспортного оборудования рассчитывается следующим образом:
амортизация начисляется с применением прямолинейного метода, в соответствии с
которым годовая сумма амортизации (За) определяется делением стоимости, которая
амортизируется (Фос) на ожидаемый период ее эксплуатации (Тэкспл). Стоимость
камерной печи для отжига принимаем - 30 000 грн., кран-балки - 500 грн.
За = Фос / Тэкспл; (8.5) За (печи) = (30 000 ×
2) / 8,3 = 7 228
За (кран-балки) = 500 / 10 = 50
Номенклатура статей затрат, их содержание и
порядок определения приведены в таблице 8.7.
Таблица 8.7 - Затраты на содержание и
эксплуатацию оборудования
|
Статья
затрат и ее содержание
|
Сумма,
тыс. грн.
|
Способ
определения затрат
|
|
П
|
Б
|
|
|
1.
Затраты на полное восстановление и капитальный ремонт основных средств.
Амортизация: печного оборудования подъемно-транспортных средств
|
7228 50
|
7228 50
|
|
|
2.
Затраты на эксплуатацию оборудования (технический осмотр и обслуживание), для
поддержания оборудования в рабочем состоянии
|
120
|
150
|
40-50
грн. в год на единицу оборудования. Выделяется из фонда оплаты труда
рабочих-повременщиков
|
|
2.1
Затраты на оплату труда (с начислениями) рабочих, обслуживающих оборудование
|
30777,6
|
38707,2
|
|
|
3.
Затраты на проведение текущего ремонта оборудования и транспортных средств
|
3
025
|
3
025
|
5
% от первоначальной стоимости оборудования и транспортных средств
|
|
4.
Расходы на внутризаводское перемещение грузов и вспомогательные операции
|
600
|
600
|
20
% к первоначальной стоимости авто - и электрокар
|
|
5.
Прочие расходы
|
1538
|
1935
|
5
% от фонда оплаты труда основных рабочих
|
|
Итого:
|
43
338
|
51
695
|
|
Определение общепроизводственных расходов
Номенклатура статей общепроизводственных
расходов, их содержание и порядок определения представлены в таблице 8.8.
Таблица 8.8 - Общепроизводственные расходы
|
Статья
затрат и ее содержание
|
Сумма,
тыс. грн.
|
Способ
определения затрат
|
|
П
|
Б
|
|
|
1.
Затраты, связанные с управлением производством
|
15
800
|
19
300
|
Выделяется
из фонда оплаты труда служащим
|
|
2.
Затраты, связанные с оплатой служебных командировок
|
12
000
|
20
000
|
|
|
3.
Амортизационные отчисления
|
7
228
|
7
228
|
|
|
4.
Затраты на обслуживание производственного процесса и совершенствование
технологий
|
5
560
|
6
800
|
Выделяется
из фонда оплаты труда
|
|
4.1
Затраты на оплату труда цехового персонала (с начислениями)
|
6
480
|
7
200
|
|
|
4.2
Затраты на проведение текущего ремонта зданий и сооружений
|
43
545
|
32
659
|
2-3
% от их первоначальной стоимости
|
|
4.3
Затраты, связанные с обеспечением правил техники безопасности, санитарно-гигиенических
и других специальных требований
|
1
117
|
1
365
|
3
% от фонда оплаты труда основных и вспомогательных рабочих
|
|
Итого:
|
91
780
|
94
602
|
|
Формирование состава затрат по статьям расходов
Сумма всех перечисленных расходов образует
цеховую себестоимость поковок, которая представлена в таблице 8.9.
Таблица 8.9 - Калькуляция себестоимости
заготовок
|
Наименование
статей калькуляции
|
Сумма
за ед., грн.
|
|
по
проекту
|
по
базовому варианту
|
|
1
|
2
|
3
|
|
01.
Количество стали на годовую программу
|
5194800
|
4555200
|
|
02.
Возвратные отходы
|
693
900
|
591
840
|
|
Итого
материала за вычетом отходов
|
4500900
|
3963360
|
|
03.
Энергия на технологические цели
|
95961374
|
162396172
|
|
04.
Основная зарплата (основных рабочих)
|
21
984
|
27
648
|
|
1
|
2
|
3
|
|
05.
Дополнительная зарплата
|
8
793
|
11
059
|
|
06.Отчисления
на социальное страхование
|
11
079
|
13
934
|
|
07.
Затраты, связанные с подготовкой и освоением производства (30 % от стр.04+05)
|
9
233
|
11
612
|
|
08.
Возмещение износа специальных инструментов и устройств целевого назначения и
прочие специальные затраты (12 % от стр. 04 +05)
|
3
693
|
4
644
|
|
09.
Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования
|
43
338
|
51
695
|
|
10.
Общепроизводственные расходы
|
91
780
|
94
602
|
|
11.
Итого цеховая себестоимость
|
102039967
|
167758407
|
|
12.
Общехозяйственные расходы (60 % от стр.04+05)
|
18
466
|
23
224
|
|
13.
Потери вследствие технически неизбежного брака (2 % от стр.(04+05)
|
615
|
774
|
|
14.
Прочие издержки производства (1 % от стр.11)
|
1020399
|
1677584
|
|
15.
Итого производственная себестоимость
|
1039481
|
1701582
|
|
16.
Внепроизводственные затраты (2 % от стр.15)
|
1
793
|
34
031
|
|
17.
Итого полная себестоимость
|
1060271
|
1735614
|
|
18.
Себестоимость 1 т.
|
5
228
|
11
125
|
Определение объемов товарной продукции
Определение объемов товарной продукции по
проектируемому (базовому) вариантам осуществляется в ценах расчетного года.
Qт = Сп× 
, (8.6)
где Сп - полная себестоимость 1 т.
заготовок, грн.;
Р- плановый уровень рентабельности
20 %;г- годовой объем выпуска продукции, т;
Основные технико-экономические
показатели
Экономическая целесообразность
создания проектируемого участка и эффективность его работы может быть оценена
только путем сопоставления и анализа основных технико-экономических показателей
проектируемого и базового участка.
Технико-экономические показатели
делятся на:
абсолютные, характеризующие
производственную мощность, количество работающих;
относительные, характеризующие
удельные соотношения для анализа и сопоставления работы участка с другими
аналогичными участками.
Важнейшие технико-экономические
показатели сводятся в таблицу 8.10.
Таблица 8.10 - Основные
технико-экономические показатели
|
Наименование
показателей
|
Ед.
изм.
|
По
базовому варианту
|
По
проекту
|
|
1.
Выпуск инструментов в год
|
т.
|
120
|
156
|
|
2.
Выпуск продукции на одного работающего
|
т/чел.
|
40
|
48
|
|
3.
Всего работающих, в т.ч.:
|
чел.
|
|
|
|
основных
рабочих
|
|
2
|
2
|
|
вспомогательных
рабочих
|
|
1
|
1
|
|
4.
Коэффициент загрузки оборудования
|
%
|
85
|
85
|
|
5.
Трудоемкость изготовления инструмента
|
нормо×ч
|
0,934
|
0,332
|
|
5.
Себестоимость единицы продукции
|
грн.
|
70
|
40
|
|
7.
Экономический эффект на стадии «Эксплуатации»
|
тыс.
грн
|
2
070 000
|
1
818 000
|
|
8.
Интегральный экономический эффект
|
тыс.грн
|
1
680
|
1
248
|
|
9.
Срок окупаемости проекта
|
лет
|
|
1
|
|
10.
Нижний уровень цены
|
грн
|
84
|
48
|
Нижний уровень цены определялся следующим
образом: себестоимость + 20% (НДС).
По базовому: 70 + 14 = 84 грн.
По проекту: 40 + 8 = 48 грн.
Интегральный экономический эффект определялся
следующим образом: (нижний уровень цены - себестоимость) ×
годовую программу.
По базовому: (84 - 70) ×
120 = 1 680 грн.
По проекту: (48 - 40) ×
156 = 1 248 грн.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенных расчетов установлено,
что предложенный в данном дипломе режим термической обработки (отжиг проводящийся
при температуре выше критической точки А3) , а также замена быстрорежущей стали
Р18 на менее дорогую и дефицитную сталь Р6М5, в результате чего снизилась
себестоимость инструмента, количество потребляемой электроэнергии и времени.
Проведение предложенного режима позволяет повысить качество режущего
инструмента и увеличить его производительность.
В данном дипломном проекте произведена
разработка маршрутной технологии изготовления режущего инструмента: резца
проходного, фрезы прорезной и метчика машинно-ручного. Произведен расчет
трудоемкости термообработки и действительного годового фонда времени рабочего и
оборудования; выбор и расчет необходимого количества основного, дополнительного
и вспомогательного оборудования; расчет энергетики участка и теплотехнических
характеристик печи. Рассмотрены и исследованы причины возникновения брака
режущего инструмента при термообработке и в процессе эксплуатации и методы их
устранения. Разработаны мероприятия по безопасным условиям труда рабочих
участка термической обработки согласно требований промышленной экологии, охраны
труда и гражданской обороны. Произведен расчет экономической эффективности
предложенного режима предварительной термической обработки (отжиг при
температуре выше критической точки А3) фрез и метчиков из стали Р6М5.
Предлагаемый отжиг обеспечивает большее снижение твердости, чем изотермический,
получение однородной структуры и повышенной стабильности основных свойств
режущего инструмента после закалки и отпуска, улучшает обрабатываемость стали,
снижает число поломок и повышает стойкость инструмента. В результате замены
быстрорежущей стали Р18 на менее дорогую и дефицитную Р6М5 и при проведении
отжига предлагаемого в данном дипломном проекте сокращается время режима, а
следовательно и расход электроэнергии, поэтому процесс изготовления режущего
инструмента становится дешевле.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Смохоцкий А.И. Парфеновская Н.Г. Технология термической обработки металлов -
М.: Машиностроение, 1976 - 311 с.
.
Сорокин В.Г. Волосникова А.В. Вяткин С.А. и др. Марочник сталей и сплавов - М.:
машиностроение, 1989 - 640 с.
.
Гуляев А.П. Инструментальные стали. Справочник. М.: Машиностроение, 1975 - 272
с.
.
Райцес В.Б. Термическая обработка. М.: Машиностроение, 1980 - 208 с.
.
Карташова Л.И. Материаловедение для машиностроителей в задачах. К.: ИСДО, 1996
- 200с.
.
Каменичный И.С. Краткий справочник термиста. М.: Машиздат, 1959 -280 с.
.
Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. М.: Металлургия,
1984 - 360 с.
.
Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г. Технология термической обработки стали.
Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1986 - 424 с.
.
Бартель Г.П. Прогрессивная технология инструментального производства в тяжелом
и транспортном машиностроении. Тематический сборник научных трудов-Краматорск,
1988 - 266 с.
.
Сергейчев И.И. Печковский А.М. Термическая обработка режущего и измерительного
инструмента. М.: МАШГИЗ, 1960 - 308 с.
.
Лахтин Ю.М. Рахштадт А.Г. Термическая обработка в машиностроении. Справочник.
М.: Машиностроение, 1980 - 783 с.
.
Технология термической обработки стали / Под ред. Бернштейна М.Л. - М.:
Металлургия, 1981- 608 с.
.
Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургиздат, 1955 - 548с.
.
Соколов К.Н. Оборудование термических цехов. Киев-Донецк: Вища школа, 1984 -
328 с.
.
Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы. Л.:
Машиностроение, 1986 - 363 с.
.
Справочник. Соляные ванны для термической обработки изделий / Под ред. Геллера
Ю.А. - МАШГИЗ, 1963 - 124 с.
.
Долотов Г.П. Кондаков Е.А. Оборудование термических цехов и лабораторий.
Испытания металлов. М.: Машиностроение, 1988 - 336 с.
.
Сатановский Л.Г. Мирский Ю.А. Нагревательные и термические печи в
машиностроении. М.: Металлургия, 1971- 384 с.
.
Шмыков А.А. Справочник термиста. МАШГИЗ, 1961- 392 с.
.
Рустем С.Л. Оборудование и проектирование термических цехов. М.: МАШГИЗ, 1962 -
588 с.
..
Охрана окружающей природной среды / Под ред. Дуганова Г.В. - К.: Вища школа,
1988 - 304 с.
.
Белов С.В. Бринза В.Н. и др. Безопасность производственных процессов.
Справочник. М.: Машиностроение, 1985 - 448 с.
.
Гетия И.Г. Шумилин В.К. Безопасность труда термиста. М.: Машиностроение, 1989 -
80 с.
.
Полтев М.К. Охрана труда в машиностроении. М.: Высшая школа, 1980 - 294 с.
.
Елинский И.И. Вентиляция и отопление гальванических и травильных цехов
машиностроительных заводов. М.: Машиностроение, 1982 - 135 с.
.
Долин П.А. Справочник по технике безопасности. М.: Энергоатомиздат, 1984 - 824
с.
.
Гражданская оборона / Под ред. Шубина Е.П. - М.: Просвещение, 1991 - 223 с.
.
Гражданская оборона / Под ред. Алтунина А.Т. - М.: Воениздат, 1980 - 192 с.
.
Методические указания к дипломному проектированию для студентов специальности
7.090101 - Прикладное материаловедение / Сост.: Л.А. Рябичева - Луганск: изд-во
ВНУ им. В.Даля, 2003. - 11 с.
.
Методические указания к разработке раздела “Охрана труда” в дипломном проекте /
Сост.: Гедрович А.И., Касьянов Н.А. - Луганск: ВУГУ, 2002. -15 с.
.
Методические указания к выполнению экономического раздела дипломного проекта /
Сост.: Б.Е. Бачевский, Е.А. Решетняк. - Луганск: изд-во ВНУ им. В.Даля, 2002. -
40 с.
.
ДСТУ 1.5:2003 Национальная стандартизация. Правила построения, изложения,
оформления и требования к содержанию нормативных документов: Введ. 2003. 07.01.
- Киев, 2003 - 56 с.
.
ГОСТ 2.104-68.ЕСТД. Основные надписи: Введ.01.01.71. - М.: Изд-во стандартов.
1971 - 4 с.
.
ГОСТ 2.108-68. ЕСКД. Спецификации: Введ.01.01.71 - М.: Изд-во стандартов, 1971
- 5 с.
.
ГОСТ 3.1201-85. ЕСТД Система оформления технологических документов: Введ.01.01.87.
- М.: Изд-во стандартов, 1986 - 7 с.