в) поступательное перемещение.

3) Сочетание операций:

а) последовательное;

б) параллельное;

в) параллельно-последовательное.

4) Режим работы оборудования:

а) периодический;

б) полунепрерывный;

в) непрерывный.

Для термической обработки закалки дисковых фрез, выбираем три соляные печи-ванны СВС 3,5.8.3,5/13, жидкая среда защищает нагреваемый инструмент от окисления и обезуглероживания, а при переносе его после нагрева на поверхности образуется защитная пленка соли.

Выбранное оборудование имеет размеры рабочего пространства: длинна 800 мм, ширина 350 мм, высота 350 мм.

Для трехкратного отпуска применим печи СШО 4.4/7 с размерами рабочего пространства: диаметр 400 мм, высота 400 мм.

2.2 Описание основного оборудования

Выбор основного оборудования начинается с анализа существующего на заводе оборудования, обсуждения его достоинств недостатков. Также необходимо рассмотреть какие виды основного оборудования обладают большей производительностью, обеспечивают лучшее качеств термообработки, лучше механизированы и автоматизированы [5].

К основному оборудованию относится оборудование, применяемое для выполнения технологических операций, связанных с нагревом и охлаждением деталей: печи, нагревательные устройства и установки, охлаждающие устройства.

Выбор оборудования зависит также от способа выполнения операций, устанавливаемого в зависимости от следующих факторов:

1) характера загрузки;

2) положения изделий в процессе обработки;

3) сочетания операций;

4) режим работы оборудования.

Для осуществления выбранных режимов термической обработки может быть применено следующее оборудование:

соляные ванны;

шахтные печи.

Печи-ванны применяются в термических цехах для нагрева деталей при закалке, отпуске, нормализации и др. В печах-ваннах детали нагревают в различных жидких средах, в зависимости от того, для какой термической операции производится нагрев и, следовательно, до какой температуры необходимо нагревать детали. В качестве сред для нагрева применяют расплавленные металлы (свинец, силумин, сплавы свинца), расплавленные соли, щелочи, масла. При нагреве в солях вследствие наличия в них растворенного кислорода и окислов возможно обезуглероживание деталей. Для борьбы с этим явлением в ванны добавляют небольшое количество цианистых солей или карбида кремния.

Нагрев в жидких средах по сравнению с нагревом в печах имеет достоинства:

- более быстрый прогрев деталей в расплавленных солях;

- относительную однородность температуры всей среды;

- отсутствие окисления детали при нагреве в солях;

- возможность производить местный нагрев детали.

Более быстрый нагрев в печах-ваннах идет потому, что коэффициент теплопередачи ванн намного больше, чем в обычных печах. Нагрев в ваннах происходит теплопроводностью.

Для закалки дисковых фрез была выбрана печь-ванна СВС-3,5.8.3,5/13. В рабочем пространстве установлены электроды, к которым подводится энергия от печного трансформатора. Нагревательным элементом является расплавленная соль. Протекающий по электродам ток достигает большой величины, поэтому вокруг них возникает сильное магнитное поле. Под действием этого магнитного поля начинается интенсивная циркуляция расплавленной соли в ванне. Около стен ванны соль поднимается со дна, и, достигая верха, перемещается к электродам, а затем вниз, к нижним концам электродов. Возникающая циркуляция соли способствует выравниванию температуры в ванне и предотвращает перегрев соли вблизи электродов.

Краткое описание конструкции:

1) Печь-ванна представляет собой металлический каркас, футерованный огнеупорным и теплоизоляционными материалами.

Электродные ванны более экономичны, чем ванны с внешним обогревом, т.к. в них теплота выделяется непосредственно в теплоносителе (соли) и таким образом уменьшаются ее потери в окружающую среду.

Электроды устанавливают из углеродистой или жароупорной стали. Соляные печи-ванны оборудуются мощной вытяжной вентиляцией для удаления паров соли и горючих выделений от детали. Сверху печь-ванна закрывается крышкой.

В таблице 2.1 приведены основные показатели характеристики соляной печи-ванны СВС 3,5.8.3,5/13.

Таблица 2.1 - Основные показатели характеристики печи-ванны СВС 3,5.8.3,5/13

Параметры	Размерность	Показатель
Мощность установленная Число фаз Размеры: длинна, ширина, высота Температура Масса электрованны	кВт - м оС т	275 3 0,8; 0,35; 0,35 1300 2,6

Закалочный бак выполнен из теплоизоляционного материала в виде минераловатных плит. В закалочном баке предусмотрен подогрев масла с помощью ТЭНов с целью уменьшения коробления деталей при охлаждении. Также в баке предусмотрено охлаждение масла с помощью змеевика.

Все контрольно-измерительные приборы находятся на торцевой стенке печи, а на лицевой стенке кнопки управления механизмами.

Для процесса отпуска была выбрана печь СШО 4.4/7.

В таблице 2.2 приведены основные показатели характеристики шахтной печи СШО 4.4/7:

Таблица 2.2 - Основные показатели характеристики шахтной печи СШО 4.4/7

Наименование параметра	Норма
Установочная мощность, кВт	240
Номинальная температура	700
Напряжение питающей сети, В	380
Частота тока, Гц	50
Число фаз	3
Мощность холостого хода, кВт	7,2
Среда в рабочем пространстве	окислительная
Размеры рабочего пространства, мм диаметр высота	400 400
Масса электропечи, т	1,69
Масса футеровки, т	0,8

Шахтная печь СШО 4.4/7 состоит из следующих узлов: кожуха (толщина более 4 мм), крышки, футеровки, механизма подъема и отката крышки, нагревательных элементов. Кожух и крышка печи выполнены сварными в герметичном исполнении из листового и профильного проката. В верхней части кожуха имеется песочный затвор, позволяющий производить уплотнение камеры печи с крышкой. Крышка теплоизолирована. Для открывания печи перед загрузкой или выгрузкой садки применяется механизм подъема и отката крышки. Этот механизм представляет собой портальную сварную конструкцию, одной стороной установленную на неподвижной трубе, а другой передвигающуюся на двух опорных катках, катящихся по подкрановому рельсу. Подъем крышки осуществляется тремя цепными подвесками, которые через траверсу соединяются с ходовым винтом механизма подъема. После подъема крышки производится откат (поворот) ее на угол 90° специальным электромеханическим приводом.

Печь оборудована автоматической блокировкой. В рабочем положении (крышка лежит на кожухе) заблокировано включение механизма поворота крышки. При подъеме крышки на 200 мм происходит автоматическое выключение нагревательных элементов печи и снимается блокировка привода отката.

Нагревательные элементы размещены на боковой стенке и поде. В крышке печи имеется специальное отверстие для контрольной термопары.

2.3 Выбор и описание вспомогательного и дополнительного оборудования

Кроме основного оборудования в термических цехах есть вспомогательное и дополнительное оборудование.

В качестве вспомогательного оборудования применяется оборудование оборудование для очистки - моечные машины, очистка дробью.

Для данного технологического процесса в качестве вспомогательного оборудования следует использовать моечную машину конвейерного типа ММК-4.20.1/1. Она предназначена для промывки деталей после закалки их в масле.

Кожух моечной машины сварной конструкции, выполнен из листовой и профильной стали. Сверху моечная машина закрывается одной съемной крышкой и одной плитой с отверстием для вытяжной трубы, на ней же установлены электродвигатель и редуктор.

Насосом раствор пропускается через три фильтра, расположенных в баке, а остуда по трубам через разбрызгиватели подается на детали. На боковых стенках моечной машины сделано по два оконных проема для ремонта и чистки разбрызгивателей. Ниже проемов расположены отверстия для слива раствора, для подачи пара и воды. Для сбора смываемого слоя с поверхности раствора в бачке находится карман, уровень которого должен быть выше уровня раствора.

В качестве дополнительно оборудования в термическом цехе могут применяться:

- оборудование для получения контролируемых атмосфер - эндотермические и экзотермические установки;

- вентиляторы и воздуходувки;

- маслоохладительные системы;

- средства механизации - конвейеры, толкатели, подъемники и другие.

Для разгрузки и загрузки приспособлений с деталями в печи, ремонта печей, для внутрицеховой транспортировки используются однобалочные мостовые краны, у которых управление тельфером и передвижением крана производится подъемно-кнопочным механизмом - электрокранбалки (ЭКБ-3,2).

2.4 Расчет необходимого количества основного, вспомогательного и дополнительного оборудования

Для расчета потребного количества основного вспомогательного оборудования следующие данные:

- расчет объема годового производства по данной операции;

- часовая производительность оборудования;

- действительный фонд времени работы оборудования в течение года.

2.4.1 Расчет основного оборудования

Для данного типа оборудования (соляной печи-ванны) рассчитываем производительность Р. За один час работы делается 1 садка. Учитывая вес приспособления и 21 дет. за 1 садку, получим Р = 66,7 кг/ч.

Годовой фонд эффективного времени работы оборудования зависит от установленного режима работы, продолжительности смены, потерь времени на ремонт и переналадку оборудования и рассчитывается по формуле:

Ф_д = (365 - В - П)·С·t·К_р,

где Ф_д - действительный фонд времени работы оборудования, ч;

В - количество выходных дней в году (за вычетом выходных, совпадающих с праздничными днями);

П - количество праздничных дней в году;

С -- количество смен в сутках;

t - средняя длительность одной смены;

К_р - коэффициент использования номинального времени работы оборудования, учитывающий потери времени, составляет 6% от номинального времени, то

;

Ф_д = (365 - 96 - 11)·3·8·0,94 = 5820,48 ч.

Определение потребного количества часов работы (Е) производятся по формуле:

Е = А_г/Р,

где А_г - годовая программа, в т;

Р - производительность, кг/ч.

А_г = N_p·P·Ф_д·к_р,

где N_p - количество оборудования; принимаем 1(Ч2) печи-ванны;

Ф_д - действительный фонд времени работы оборудования, ч.

А_г = 1·0,0667·5820,48 ·0,94 = 364,93 т

Тогда

Е = 364930/66,7 = 5471,2 ч

Истинное количество оборудования N_р рассчитываем по формуле:

N_p = E/Ф_д

N_р = 5471,2/5820,48 = 0,94 шт.

Принимаем N_пр = 1(Ч2) печи-ванны СВС.

Коэффициент загрузки рассчитывается по следующей формуле:

К_з = N_p/N_пр

К_з = 0,94/1 = 0,94.

Производительность печи СШО 4.4/7 составляет: Р = 14 кг/ч.

Определение потребного количества часов работы (Е) производятся по формуле:

Е = А_г/Р,

где А_г - годовая программа, в т;

Р - производительность, кг/ч.

А_г = N_p·P·Ф_д·к_р,

где N_p - количество оборудования; принимаем 2 печи СШО 4.4/7;

Ф_д - действительный фонд времени работы оборудования, ч.

А_г = 2·0,014·5820,48 ·0,94 = 153,195 т 76,5975

Тогда

Е = 153195/14 = 10942,5 ч 54712,5

Истинное количество оборудования N_р рассчитываем по формуле:

N_p = E/Ф_д

N_р = 10942,5/5820,48 = 1,88 шт.

Принимаем N_пр = 1(Ч3) печи СШО 4.4/7.

По результатам расчетов для обработки 42 дисковых фрез принимаем для закалки 2(Ч3) СВС печи-ванны и отпуска 3 печи СШО.

2.4.2 Расчет вспомогательного оборудования

В качестве вспомагательного оборудования применяется моечная машина типа ММК-4.20.1/1.

Принимаем одну моечную машину.

2.2 Механизация и автоматизация производства

При проектировании участка термической обработки необходимо предусматривать комплексную механизацию всех основных и вспомогательных операций:

1) механизация и автоматизация технологических операций путем применения специального оборудования, оснащенного автоматическим регулированием, и управлением параметров температуры, времени нагрева, и среды обработки;

2) механизация и автоматизация вспомогательных, контрольно-приемочных и подъемно-транспортных операций путем, применения механизированных средств перемещения изделий, оборудования и оснастки;

3) автоматизация управления производственным потоком с помощью сложных систем регулирования и управления в соответствии с заданной программой;

4) агрегатирование средств механизации и автоматизации, т. е. совмещение выполнения в одном агрегате всех последовательных операций по обработке заданных изделий.

При массовом крупносерийном производстве, где используется специальное оборудование, следует применять узкоспециализированные средства механизации и автоматизации.

Для регулирования температуры используются потенциометры; для регулирования среды обработки и интенсивности ее циркуляции в рабочем пространстве применяют газоанализаторы прямого и косвенного действия и расходомеры, для продолжительности операции - реле времени.

Контроль температуры заключается в том, что сигнал вырабатывается датчиком, который находится в печи, автоматически поступает на измерительный прибор, который фиксирует текущие значения температуры (рисунок 2.1). Автоматическое регулирование температуры используется для поддержания требуемого значения температуры на определенном уровне.

В качестве измерительных приборов используется потенциометры (рисунок 2.2). Особенностью потенциометров является то, что в них используется компенсационный (нулевой) метод измерения, при котором полностью исключается ошибки измерения, связанные с изменением сопротивления измерительного контура.

Рисунок 2.1. -- Схема автоматизированного регулирования температуры.

ОР -- объект регулирования; ИП -- измерительный прибор;

ДР -- датчик регулирования; Р -- регулятор; ЗУ -- задающее устройство;

ИМ -- исполнительный механизм; РО -- регулирующий орган;

Х1 -- величина соответствующая текущему значению температуры;

Х2 -- сигнал подаваемый в регулятор.

Принцип действия потенциометра основан на том, что развиваемая термопарой термо-ЭДС, компенсируется равным по величине напряжением от дополнительного источника, который затем измеряется с высокой точностью.

Рисунок 2. 2. -- Схема потенциометра.

Е -- источник напряжения; R -- реостат;

R_к -- контрольное сопротивление; R_p -- реохорд (переменное калиброванное сопротивление);

Н. Э. -- нормальный элемент (гальванический элемент, который при 20 С дает строго постоянную Э. Д. С.). Е = 1,0186В;

НГ -- нуль гальванометр (прибор с нулевой отметкой по середине шкалы);

П -- переключатель (в положении "К" или измерение "Н").

3. Строительная часть

3.1 Разработка плана расположения оборудования на проектируемом участке

В основу расстановки оборудования на плане и разрезах цеха должны быть положены:

- намеченная компонованная схема технологического грузопотока, не допускающая пересечения путей движения обрабатываемых деталей. Исключение может быть только для цехов индивидуального и мелкосерийного производства, но при этом общий грузопоток дожжен идти в одном направлении;

- возможность обслуживания и ремонта оборудования;

- организация межоперационного транспорта обрабатываемых изделий [4].

При установлении схемы расположения оборудования необходимо учесть, что печи не должны располагаться вдоль наружных остекленных стен.

Участки с токсическим, шумопроизводящим оборудованием должны располагаться в обособленных помещениях, изолированных от печного зала. К такому оборудованию относятся установки для приготовления защитных атмосфер, воздуходувки высокого давления, установки для очистки дробью.

Проезды и походы желательно размещать по периметру с обязательным расположением ворот и дверей у наружных стен.

Все элементы здания термического цеха относятся к категории Г по признаку пожароопасности и должны выполняться из несгораемых материалов, отвечающих І и ІІ ступеням огнеопасности.

Для термического участка, который характеризуется значительным избытком и не требует утепления покрытия, проектируем его из асбоцементных листов.

На участке применяем светоаэрационные фонари П-образного профиля.

Покрытие полов на участке используем не скользкое, и легко очищаемое от загрязнений.

Термические цеха характеризуются большим количеством инженерных коммуникаций (трубопроводы масла, воды, воздуха, электроэнергии, газов), установка и монтаж которых затрудняет нормальное проведение технологического процесса и не удовлетворяет требованиям промышленной эстетики.

Вопрос рационального размещения коммуникаций, вспомогательного оборудования и складских помещений может быть решен путем сооружения:

- туннелей (каналов) - для укладки небольшого числа трубопроводов;

- подвала - для расположения трубопроводов.

Для определения геометрических параметров участка необходимо рассчитать его площадь.

Общая площадь участка по назначению делится на:

1) производственную;

2) вспомогательную;

3) контрольно-бытовую.

К производственно площади относятся площади производства, на которых производится обработка изделий, а также площади для хранения изделий до и после термической обработки.

В состав вспомогательных площадей входят:

- участки контроля термической обработки;

- проезды для внутреннего транспортирования грузов;

- мастерские механика и энергетика по ремонту оборудования;

- экспресс-лаборатории по анализу материалов

К конторско-бытовым площадям относятся помещения контор участка.

Необходимые площади проектируемого участка рассчитываем по укрупненным показателям, используя справочные данные.

3.1 Расчет площадей и описание основных элементов здания

Для размещения термического цеха с характерными избытками тепла, как правило, должно использоваться одноэтажное здание прямоугольной формы, обеспечивающее наиболее эффективное удаление вредных удельных выделений естественным путем. При необходимости размещения термического цеха в многоэтажном здании допустимо только как исключение, термический цех должен быть расположен не верхнем этаже достаточной высоты. При компоновке термического цеха в общем корпусе - с другими цехами-изготовителями, его следует расположить наиболее протяженной стороной вдоль наружной стены корпуса с целью улучшения аэрации.

Все элементы здания термического цеха относятся к категории Г по признаку пожароопасности и должны выполняться из несгораемых материалов, отвечающих 1 и 2 степени огнестойкости.

Здания компонуются из одного или нескольких пролетов, геометрические размеры которых (ширины, длина, высота) следует по возможности принимать одинаковыми.

Ширина пролетов равна 12, 18, 21, 30 и 36 м, устанавливается в зависимости от схемы размещения оборудования и требуемой ширины проездов по требованиям техники безопасности.

Целесообразно использовать следующие сетки колонн 12Ч18Ч12Ч24. Пролеты 6, 9 и 12 метров. Высота пролета принимается в зависимости от условий работы.

Для термических цехов, характеризующихся значительными избытками тепла и не требующих утепления, его следует проектировать из асбестоцементных волнистых листов.

Конструкция фонарей применяется в зависимости от количества тепловыделений.

Термический цех характеризуется большим количеством инженерных коммуникаций, установок, монтаж которых затрудняет нормальное проведение технологического процесса и не удовлетворяет требованиям промышленной энергетики. Вопрос рационального размещений коммуникаций, вспомогательного оборудования и складских помещений может быть решен путем сооружения туннелей, подвала или технического этажа.

Полы термических цехов должны быть огнестойкими, не скользкими и легко очищаться от загрязнений.

Площадь цеха по назначению делится на производственную, вспомогательную и конторско-бытовую.

К производственной площади относятся площади, занимаемые участками основного производства, на которых производится обработка изделий.

В состав вспомогательных площадей входят площади, занимаемые:

- кладовыми хранения изделий;

- кладовыми вспомогательных материалов и технологической оснастки;

- экспресс-лабораторией по анализу материалов и технологических параметров;

- мастерскими механика и энергетика по ремонту оборудования, аппарата и оснастки;

- установками для охлаждения закалочных жидкостей;

- энергетическими и сантехническим оборудованием.

К конторско-бытовой площади относятся помещения конторского цеха, гардеробные, умывальные, душевые, уборные, комнаты отдыха.

Общая площадь термического цеха рассчитывается по формуле:

,

где S_пр - производственная площадь;

S_вспом - вспомогательная площадь.

Производственная площадь определяется путем суммирования площади для всех единиц выбранного оборудования с учетом площади проезда, проходов и промежуточных мест складирования.

;

где S_i - площадь, занимаемая единицей оборудования, S_i = 30 м².

n - количество единиц оборудования, равное 17.

S_пр - площадь проездов и проходов, принимается равной 25% от площади занимаемой оборудованием;

S_скл - площадь промежуточных мест складирования изделий.

,

где А_сут - суточная программа, кг/сут;

N - норма хранения, N = 3 суток;

д - допускаемая нагрузка или норма грузонапряженности полезной площади, 3000 кг/м²;

К_исп - коэффициент использования площади, равный 0,3.

Суточная программа:

,

Площадь занимаемая оборудованием:

м²;

м²;

м²;

м²;

Отсюда,

м²;

Общая площадь участка:

м².

Заключение

1. На основании анализа нагружения для изготовления дисковых фрез с требуемыми свойствами выбрана сталь Р6М5.

2. Разработана термическая обработка, включающая в себя:

- закалку со ступенчатым нагревом;

- 2-х кратный отпуск.

3. Для выполнения заданного технологического процесса выбрана для осуществления закалки с ступенчатым нагревом печь-ванна типа СВС 3,5.8.3,5/13, а для отпуска печь СШО 4.4/7.

4. После проведения соответствующей термической обработки дисковая фреза имеет твердость НRС = 63.

5. Спроектирована печь СВС-3,5.8.3,5/13, планировка участка, карта технологического процесса.

Использованные источники информации

1. Под ред. В. Г. Сорокина, М. А. Гервасьева. Марочник сталей и сплавов. - М. 2001; 608 с.

2. Ю. А. Геллер. Инструментальные стали.- М.: Металлургия, 1983.-526 с.

3. А. А. Попов, Л.Е. Попова. Справочник термиста.-М.: Металлургия,1965.

4. К. Ф. Стародубов и др. Дипломное проектирование термических цехов. - Киев: Вища школа, 1974.- 159 с.

5. С. Л. Рустем. Оборудование термических цехов.-М.: Металлургия: 1964.

6. Под. ред. Ю. М. Лахтина, А. Г. Рахштадта. Термическая обработка в машиностроении. Ї М.: Металлургия, 1980; 783 с.

7. М. И. Гольдштейн. Специальные стали.-М.: Металлургия, 1985.-408 с.