Разработка оборудования для закалки пуансона из чугуна ИЧХ16М2. Курсовая работа (т). Другое.
👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Разработка оборудования для закалки пуансона из чугуна ИЧХ16М2
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
Во время прохождения практики на ростовском
заводе специнструмента и техоснастки «СИТО» были представлены номенклатура и
конструктивные особенности изделий выпускаемых на предприятии, процессы
термической обработки деталей. Для курсового проекта получены данные
технологического процесса обработки пуансона из чугуна ИЧХ16М2.
Важно правильно подобрать режим термической
обработки детали, печь, охлаждающую среду, которая оказывает решающее влияние
на качество изготавливаемо детали.
Для получения деталей методом прессования,
используют штамп. Пуансон - одна из основных деталей штампа. При штамповке
пуансон оказывает непосредственное давление на обрабатываемый материал и в
зависимости от назначения может быть прошивным, пробивным, просечным или вырубным.
Работает пуансон в условиях одновременного циклического воздействия удельных
давлений при динамическом характере нагружения и где имеет место небольшой
нагрев, поэтому очень важно провести правильную термическую обработку, чтобы
придать необходимую твердость, теплостойкость и не допустить разрушения
пуансона.
Целью данного курсового проекта является
разработка оборудования для закалки пуансона из чугуна ИЧХ16М2.
В ходе курсового проекта решались следующие
задачи: разработка режимов термической обработки пуансона из чугуна, выбор
основного и вспомогательного оборудования проектирование тележно-камерной печи
для термической обработки пуансона из чугуна, выбор типа нагревателей в печи,
расчёт теплового баланса печи, расчёт некоторых конструкций печи, контроль
качества, разработка планировки участка для термической обработки пуансона.
.
Технологический процесс изготовления пуансона
Принцип работы пуансона: лист металла
прижимается между пуансоном, который содержит стержневую часть с рабочим торцом
и матрицей, затем пуансон пробивает металл, образуя отверстие в листовой стали
с ровными краями.
Последовательность технологических операций
термической обработки представлена на блок - схеме 1.
Блок - схема 1 - Технологического процесса
изготовления пуансона из чугуна ИЧХ16М2.
.
Термическая обработка пуансона
Термическая обработка пуансона штампа связана с
рядом трудностей. Закалка таких пуансонов требует особого внимания, критическая
скорость закалки данного пуансона позволяет производить охлаждение на воздухе,
что предохраняет их от образования трещин и значительного изменения размеров.
Термическую обработку чугунов проводят с целью
снятия внутренних напряжений, которые возникают при литье и вызывают изменения
размеров и формы отливки с течением времени, снижение твёрдости и улучшение
обрабатываемости резанием, повышение механических свойств.
Для изготовления пуансона на заводе «СИТО»
используется высоколегированный чугун ИЧХ16М2.
В чугунах используется приблизительно тот же
комплекс легирующих элементов, что и в стали (хром, никель, алюминий, молибден,
ванадий и т.д.).
Чугун хромистый высоколегированный износостойкий
ИЧХ16М2. Поставляется с завода изготовителя в виде отливок с твердостью 490-610
НВ. Характеризуется высокой прочностью и износостойкостью при термообработке
(при 20 0 С временное сопротивление растяжению не менее σ в
=
170 МПа, изгибу σ изг
=
490 МПа). Обладает устойчивостью к температурным перепадам и охлаждается водой.
ЧХ16М2 применяется для деталей с высокой стойкостью против ударно-абразивного
износа и истирания в мельницах, дробеметных и дробеструйных камерах.
Чугунные штампы по сравнению со стальными имеют
ряд преимуществ: их изготавливают литьём, они дешевле, их легко обрабатывать
резанием, они устойчивы к вибрациям, стойки в условиях сухого трения вследствие
смазочных свойств графита чугуна.
Поступаемые на завод отливки пуансонов из чугуна
ИЧХ16М2 подвергают отжигу чтобы снять внутренние напряжения и стабилизировать
размеры чугунных отливок.
Нагрев медленный со скоростью 70 - 100 0 С/ч,
выдержка при температуре нагрева зависит от массы и конструкции отливки и
составляет от 1-го до 8-ми часов. Охлаждение до 250 0 С (для предупреждения
возникновения термических напряжений) медленное, со скоростью 20 - 50 0 С
/ч, что достигается охлаждением отливки вместе с печью. Далее отливки охлаждают
на воздухе.
При этом отжиге фазовых превращений не
происходит, а снимаются внутренние превращения, повышается вязкость,
исключается коробление и образование трещин в процессе эксплуатации.
Последовательность операций при отжиге пуансона
(граф. 1):
. Установить заготовки на подине
. Загрузить в предварительно прогретую
печь, до температуры, не более 300 0 С
. Прогреть до температуры t=700…750 0 С
. Выдержать при заданной температуре
10…12 часов
. Охладить с печью со скоростью 50 0 С
(не более)
Обратить внимание на то, что расположение
заготовок в печи в 1 ряд, температура в печи должна быть не более 300 0 С
при загрузке заготовок и не более 200 0 С при выгрузке.
На заводе «СИТО» для отжига пуансонов из чугуна
используется газовая отжиговая печь (рис. 1,2)
Рисунок 1 - Газовая отжиговая печь с выкатным
подом
Рисунок 2 - Камерная печь с выкатным подом типа
ТНО:
1 - каркас печи; 2 - футеровка печи; 3 - дверь;
4 - под печи; 5 - воздуховод; 6 - горелочная система; 7 - дымоотвод; 8 -
рекуператор; 9 - привод двери; 10 - привод пода; 11 - подставки для садки; 12 -
система защиты рекуператора от перегрева; 13 - система поддержания коэффициента
избытка воздуха.
Повысить прочностные свойства чугуна можно его
закалкой. Эффективным методом повышения прочности и износоустойчивости чугуна
является закалка, которая производится аналогично закалке стали. В структуре
закаленного чугуна имеются мартенсит со значительным количеством остаточного
аустенита и выделения графита.
При закалке чугуна превращения аналогичны
превращениям, происходящим при закалке стали. Но в связи с наличием в чугуне
включений графита закалка чугунов имеет следующие особенности.
. Закалка проводится из двухфазного
аустенито-графитного состояния.
. При нагреве происходит растворение
графита в аустените, в связи с чем, несмотря на различную исходную структуру
чугуна, превращению при охлаждении подвергается аустенит с эвтектоидной или
заэвтектоидной концентрацией углерода.
. При растворении графита в зонах,
удалённых от мест контакта аустенита с графитом, концентрация углерода меньше.
. Ликвация при нагреве под закалку не
устраняется.
Закалке подвергают серый, ковкий и высокопрочный
чугун для повышения твёрдости, прочности и износостойкости. По способу
выполнения закалка чугуна может быть объёмной непрерывной, изотермической и
поверхностной.
При объёмной непрерывной закалке чугун нагревают
под закалку (медленно для отливок сложной конфигурации) до температуры на 40 -
60 0 С выше интервала превращения (обычно до 850 - 930 0 С) с
получением структуры аустенит и графит (для ИЧХ16М2 до 1050±1050 0 С).
Затем дают выдержку для прогрева и насыщения аустенита углеродом; выдержка тем
длиннее, чем больше феррита и меньше перлита, например, 10 - 15 мин для
перлитных чугунов и до 1,5 - 2 часа для ферритных чугунов. Отливки охлаждают в
воде (простой конфигурации) или в масле (сложной конфигурации),
высоколегированные на воздухе.
После закалки от оптимальной температуры и
выдержки, обеспечивающей достаточное растворение углерода в аустените, в
ферритном чугуне получается мартенситная структура с максимальной твёрдостью HRC
55 -60. В чугунах высокопрочных, аустенит которых обладает пониженной
критической скоростью закалки, твёрдость после закалки достигает HRC
60 -62. Прочность после закалки понижается. Прокаливаемость высокопрочного чугуна
выше прокаливаемости серого чугуна. После закалки чугун подвергают низкому
отпуску для снятия части внутренних напряжений или высокому отпуску с
получением сорбитной или троостосорбитной структуры.
Так как пуансон крупногабаритный, его нагрев
необходимо проводить медленно, так как если нагревать быстро (помещать в печь
которая сразу нагрета до высокой температуры), то возникнут значительные
внутренние напряжения и в результате могут образоваться трещины. Поэтому после
загрузки деталей в печь, необходимо сначала медленно прогреть их до температуры
750 0 С в течении 5 часов, выдержать 5часов, затем поднять температуру
в печи до 1050 0 С в течение 3 часов и выдержать их в печи при
заданной температуре 3 часа (граф. 2).
После выключения печи, заготовки вынимают из
печи и охлаждают на воздухе. Для пуансона из высоколегированного чугуна ИЧХ16М2
критическая скорость закалки позволяет охлаждать деталь на воздухе.
Чтобы снять закалочные напряжения, после закалки
производят отпуск. Детали, предназначенные для работы на истирание, проходят
низкий отпуск при температуре 200-250° С. Чугунные отливки, не работающие на
истирание, подвергаются высокому отпуску, при температуре 500-600° С. При
отпуске закаленных чугунов твердость понижается значительно меньше, чем при
отпуске стали. Это объясняется тем, что в структуре закаленного чугуна имеется
большое количество остаточного аустенита, а также тем, что в нем содержится
большое количество кремния, который повышает отпускоустойчивость мартенсита.
Отпуск проводится с целью снятия термических
напряжений, повышения твёрдости, прочности и износостойкости. Нагрев
производится медленный, так как изделие массивное, до температуры 540 0 С,
затем выдержка 8 часов. Далее пуансон охлаждают вместе с печью до температуры
не более 200 0 С, выгружают и охлаждают до температуры цеха на
спокойном воздухе (граф.3).
.
Проектирование оборудования для термической обработки
.1 Оборудование для закалки и отпуска
Тип печи выбирается для каждой операции в
соответствии с разработанным технологическим процессом термообработки деталей и
техническими условиями их изготовления. Выбор оборудования зависит от
производительности, размеров и форм нагреваемых изделий, от характера работы
агрегатов, обслуживающих печь и т.д.
При проектировании печи, кроме быстрого нагрева
предусмотрены: механизм загрузки, автоматическое регулирование температуры,
точность и равномерность нагрева. Кроме того, печь должна иметь минимальную
стоимость затрат на её изготовление, включая весь комплекс оборудования, а в
цехе она должна занимать минимальную площадь пола.
По условиям выданного задания размеры пуансона
из чугуна ИЧХ16М2: 1255х310х200, исходя из этого, я предлагаю использовать
камерную электрическую печь с выкатным подом.
Камерные печи с выкатным подом (тележкой)
появились в связи с трудностью, а иногда даже и невозможностью загрузки изделий
в камерную печь с неподвижным подом. Подину вне печи можно легко загрузить и
разгрузить практически любыми изделиями и садками с помощью крана.
Тележечные подины с массой садки до 75т
перемещаются на колесах по направляющим рельсам (брускам, швеллерам, двутаврам),
а подины в виде платформ с массой садки более 75т на роликах (катках, шарах) -
по направляющим брусьям с помощью: или приводной пары колес с индивидуальным
электромеханическим приводом; или зубчатой рейкой, смонтированной под подиной
по её продольной оси, и зубчатым или цевочным электромеханическим приводом,
расположенным сбоку печи; или цепной лебедкой, расположенной перед печью на
расстоянии несколько большем хода подины. При выходе из строя привода подины её
можно перемещать с помощью мостового крана, блока и троса, соединенного с
подиной.
По источнику тепловой энергии камерные печи с
выдвижным (выкатным) подом подразделяют на топливные и электрические.
В связи с тем, что печь используется не все
время, а с промежутками, для закалки пуансона из чугуна ИЧХ16М2 необходимо
использовать тележно - камерную печь сопротивления периодического действия.
Камерные печи с выдвижным подом широко
используются для отжига, отпуска и нагрева под закалку тяжелых деталей. Под
такой печи выполняется в виде выдвижной тележки, футерованной шамотным
кирпичом. Это позволяет загружать и разгружать детали вне рабочего пространства
печи с помощью мостового крана. Тележка выдвижного пода состоит из ряда
продольных швеллеров, которые через поперечные швеллеры передают нагрузку на
колеса, укрепленные в роликовых подшипниках. На лист железа толщиной 8-12 мм
сначала укладывается плашкой два ряда изоляционных кирпичей, затем четыре-пять
рядов шамота. Общая толщина пода 400-450 мм. В печах, предназначенных для
тяжелых садок, выгоднее вместо колес использовать ролики, соединенные с обеих
сторон планками. Подина на катках лежит свободно, опираясь на них через
специальные направляющие.
В малых печах под иногда выдвигается на чугунных
шарах диаметром 100-150 мм. Они малочувствительны к нагреву и позволяют
исключить скольжение. На выдвижной подине и на поду печи делают направляющие
желоба, в которых и размещаются опорные шары.
При операциях отжига садку можно охлаждать вне
печи - на воздухе или в специальном охладителе, а печь использовать лишь для
нагрева. В этом случае резко увеличивается ее производительность и уменьшается
расход тепла на разогрев кладки. Большое внимание должно быть уделено созданию
герметичности рабочего пространства. Боковые щели между тележкой и стенками
печи уплотняются песочными затворами. Для удобства заполнения песком затвор
лучше делать в виде несущего уголка на тележке и ножа, укрепленного в стенках
печи. В больших печах заслонку часто заменяют футерованным экраном, находящимся
на выдвижном поду.
иметь любую теплотехническую конструкцию (за
исключением нижней топки),
работать на различных видах топлива.
В электрических печах с выдвижным подом (рис.
3), нагревательные элементы располагаются на боковых стенках 1, в печах с
большой шириной рабочего пространства - на выдвижном поду и заслонке. Ток к
нагревателям выдвижного пода подводят по гибкому кабелю. Под выдвигается на
роликах 2 с помощью реечного механизма 3. Низкотемпературные электропечи с
выдвижным подом оборудуют вентилятором на задней торцевой стенке печи, для
усиления конвективной теплопередачи. Для создания направленного циркулирующего
потока воздуха элементы сопротивления отделяют от рабочего пространства
сквозным листовым муфелем. Для ремонта и замены элементов сопротивления муфель
снабжен дверками.
Рисунок 3 - Электрическая камерная печь с
выдвижным подом
3.2 Расчёт основных параметров тележно-камерной
печи
Закалке подвергается пуансон из чугуна ИЧХ16М2.
Плотность чугуна: ρ = 7600 кг/м 3 .
Термическая операция включает в себя закалку на 1050 0 С с последующим
охлаждением на воздухе. Масса пуансона под закалку равна 437кг.
Расчёт основных размеров рабочего пространства
печи.
Для того чтобы определить рабочие размеры печи
необходимо знать: размеры детали, садку, расположение заготовок на поду.
По условию выданного задания, размеры пуансона:
В под = 1200 мм - ширина пода печи; под
= 4000 мм - длина пода печи; под = 1400мм - высота печи
Составим эскиз расположения заготовок на поду
печи.
). Определение шага укладки заготовок (рис. 4).
где
k ук - коэффициент, принимаемый равным 0,5 d заг
Рисунок 4 - Эскиз расположения заготовок на поду
печи
Печи, в которых производится нагревание металлов
при различных металлургических процессах, делают из материалов, обеспечивающих
их прочность и устойчивость - кирпича, чугуна и железа. Но все эти материалы не
в состоянии противостоять действию высокой температуры, при которой совершаются
эти процессы, неизбежным колебаниям температуры и влиянию химических реакций,
их сопровождающих. Ввиду этого, все рабочие пространства печей, приходящие в
соприкосновение с металлом или газами высокой температуры, обкладывают изнутри
слоем огнеупорных и устойчивых к химическим влиянием материалов, которые и
защищают от разрушения остальной массив печи.
Необходимо выбрать материал для обкладки печи,
определить толщину кладки пода, стен, рабочей камеры, толщина кладки свода,
пода, стен, рабочей камеры.
Далее вычерчивается эскиз печи и определяются её
габаритные размеры.
Кладка печей делается обычно в два слоя:
внутренний слой, называемый футеровкой, выполняется из огнеупорного материала;
для внешнего слоя, который является теплоизоляционным, необходим материал с
наименьшей теплопроводностью.
Для футеровки (внутренней кладки) печей
применяются следующие огнеупорные изделия: шамотные, динасовые, магнезитовые,
тальковые, а так же огнеупорна глина и шамот.
Исходя из условий работы печи, материал
футеровки её должен быть:
) огнеупорным, то есть не должен размягчаться и
оплавляться при работе печи;
) термостойким - хорошо противостоять резким
колебаниям температуры;
) строительно-прочным в процессе работы печи,
сохранения при этом постоянство объёма, так как изменение объёма нарушает
прочность кладки (раскрытие швов и прочее);
) химически-стойким, то есть противостоять
разъедающему действию окалины и шлака, образующихся при работе печи.
Для тележно - камерной печи сопротивления
периодического действия необходима следующая футеровка:
Огнеупорный слой - Шамот легковес ШЛ-1,3.
Допустимая температура 1300 0 С, толщина слоя S 1 = 230 мм.
Теплоизоляционный слой - пенодиатомитовый кирпич
ПЭД-350, допустимая температура 900°С, толщина слоя S2=230mm. Кладку стенок
рабочей камеры печи выполняем двухслойную: внутреннюю часть из огнеупорного
шамотного кирпича класса «А», в один кирпич (230 мм), а внешнюю часть стенок из
теплоизоляционного кирпича, в пол кирпича (115мм). Под - выполняется из
талькового кирпича в кирпич (150 мм) и теплоизоляционного кирпича в один кирпич
(150 мм). Кладку производим в металлическом кожухе. Размеры всех кирпичей 230 х
115 х 65мм
Коэффициенты теплопроводности материалов при
этой температуре:
Расчёт габаритных размеров с учётом футеровки
С учётом футеровки получаем следующие габаритные
размеры камерной печи сопротивления:
с учётом свода, который выполняется из такого же
кирпича получим высоту печи:
H = 1530+65+65=1660
мм - высота печи
Под - выполняется из талькового кирпича в кирпич
(115 мм) и теплоизоляционного кирпича в один кирпич (115 мм), высота кирпичей
65 мм
В = 115+115+115+115+1200 = 1660 - ширина печи
L = 4000+230+230 =
4460мм - длина печи
Рисунок 5 - Электропечь ПВП 1000/12.5М:
- каркас; 2 - футеровка; 3 - электронагреватели;
4 - дверь; 5 - выкатной под; 6 - направляющие рельса; 7 - термопара; 8 - шкаф
управления электропечью.
3.4 Расчет установленной мощности и тепловой
расчет
Максимальная
температура печи tп,
0С
Полезная мощность Р пол рассчитывается
по формуле:
с - средняя удельная теплоемкость садки в
интервале температур 20 -1050°С (с = 540 Дж/кг 0 С).
t п -
температура печи, t п =1050 0 С
τ - время нагрева
садки, τ=16ч=960
мин=57600с
Для данной печи выбрана двухслойная футеровка:
огнеупорный слой (шамот легковес ШЛ-1,3.
Допустимая температура 1300 0 , толщина слоя S1=230 мм)
теплоизоляционный слой (пенодиатомитовый кирпич
ПЭД-350, допустимая температура 900°С, толщина слоя S2=230мм)
Принимаем условную среднюю температуру слоев S 1
и S 2
t ср =800°С.
Коэффициенты теплопроводности материалов при этой температуре шамота λ 1 =0,6
Вт/м 2 °С, пенодиатомита λ 2 =0,22
Вт/м 2 °С. Толщины слоев в условных единицах S’ 1 =S’ 2 =1.
Тепловые сопротивления слоев в условных единицах R’ 1 =1,R’ 2 =λ 1 /λ 2 =0,6/0,22=2,7.
Перепад температуры в слоях в условных единицах Δt 1 ’=1.
Перепад температуры в футеровке в условных
единицах:
Принимаем температуру на внешней поверхности
боковых и задних стенок футеровки максимально допустимой t в =70°С.
Δt 1 =
Δt∙
Δt 1 '/
Δt'=980∙1/3,7=265°C
Перепад температуры в пенодиатомите:
Δt 1 =
Δt∙
Δt 2 '/
Δt'
= 980∙2,7/3,7=715°C
Ориентировочно температура на границе шамот -
пенодиатомит
Проведём уточнённый расчёт температуры в слоях
футеровки.
Средняя температура огнеупорного слоя (шамот):
tср ш =(t п +t сл )/2=(1050+785)/2=917,5°С
Средняя температура теплоизоляционного слоя
(пенодиатомит):
tср п =(t сл +t св )/2=(785+70)/2=427°С
Коэффициенты теплопроводности материалов при
этой температуре:
шамот λ1=0,54
Вт/м 2 0 С, пенодиатомит λ2=0,135
Вт/м 2 0 С. Принимаем, что внешняя поверхность печи
окрашена обычной краской и при t в =700 0 С,
тепловой
поток через 1м 2 боковых и задней стенок:
Температура на границе огнеупорного
и теплоизоляционного слоёв:
Для пенодиатомита допустимая
температура:
Температура на внешней поверхности
боковой и задней стенок:
Температура в своде на границе шамот
- пенодиатомит:
Температура на внешней поверхности
свода:
Температура в поде на границе шамот
- пенодиатомит:
Температура на внешней поверхности
пода:
Р ФУТ =3246+2452+750 = 6448
Вт = 6,5 кВт
Тепловой расчёт загрузочной дверцы.
Принимаем, что загрузочная дверца на
передней стенке печи занимает площадь F ДВ =F СР Р=1,68 м 2 .
Теплоизоляцию дверцы выполняем набивкой муллитокремнистым волокном МКРР-130 с
допустимой температурой 1150°С, толщина набивки S=300мм.
Средняя температура набивки
Средний коэффициент теплопроводности
Температура на внешней поверхности
дверцы:
Установленная мощность N у
- это потребляемая электропечью при заданном режиме термообработки мощность,
взятая с запасом, учитывающим «старение» нагревателей и возможное временное
падение напряжения в сети:
k з
- коэффициент запаса мощности, k з
=1,2 ¸1,4 - для ЭПС периодического
действия.
3.5 Расчет электронагревателей камерной печи
Исходными данными для электрического расчета
являются:
) мощность печи, полученная в результате
теплового расчета;
) мощность тепловых потерь через кладку печи
) Конечная температура нагрева изделий;
) Характеристика нагреваемых изделий габаритные
размеры, материал;
) Особые условия нагрева: наличие защитной
среды, вакуума и т.д. Нагревательные элементы могут получать питание
непосредственно от цеховой сети напряжением 220, 380 или 480 В или от
понижающих электропечных трансформаторов, специально разработанных для
электрических печей сопротивления.
Цель электрического расчета заключается в
определении размеров нагревателей в соответствии с требуемым для выделения
необходимой мощности сопротивлением, а также в зависимости от условий
теплообмена между нагревателями и нагреваемыми элементами. Кроме того,
рассчитанные нагреватели определенной конструктивной формы надо разместить на
стенках печи.
Нагреватель - один из самых важных элементов
печи, именно он осуществляет нагрев, имеет наибольшую температуру и определяет
работоспособность нагревательной установки в целом. Потому нагреватели должны
соответствовать ряду требований.
. Нагреватели должны обладать достаточной
жаростойкостью (окалиностойкостью) и жаропрочностью. Жаропрочность -
механическая прочность при высоких температурах. Жаростойкость - сопротивление
металлов и сплавов газовой коррозии при высоких температурах.
. Нагреватель в электропечи должен быть сделан
из материала, обладающего высоким удельным электрическим сопротивлением (чем
выше электрическое сопротивление материала, тем сильнее он нагревается). Чем
больше диаметр проволоки, из которой сделан нагреватель, тем дольше срок его
службы. Примерами материалов, обладающих высоким электрическим сопротивлением
являются хромоникелевый сплав нихром Х20Н80, Х15Н60, железохромоалюминиевый
сплав фехраль Х23Ю5Т, которые относятся к прецизионным сплавам с высоким
электрическим сопротивлением.
. Малый температурный коэффициент сопротивления
является существенным фактором при выборе материала для нагревателя. Это
означает, что при изменении температуры электрическое сопротивление материала
нагревателя меняется не сильно. Если температурный коэффициент
электросопротивления велик, для включения печи в холодном состоянии приходится
использовать трансформаторы, дающие в начальный момент пониженное напряжение.
. Физические свойства материалов нагревателей должны
быть постоянными. Некоторые материалы, например карборунд, который является
неметаллическим нагревателем, с течением времени могут изменять свои физические
свойства, в частности электрическое сопротивление, что усложняет условия их
эксплуатации. Для стабилизации электрического сопротивления используют
трансформаторы с большим количеством ступеней и диапазоном напряжений.
. Металлические материалы должны обладать
хорошими технологическими свойствами, а именно: пластичностью и свариваемостью,
- чтобы из них можно было изготовить проволоку, ленту, а из ленты - сложные по
конфигурации нагревательные элементы. Также нагреватели могут быть изготовлены
из неметаллов. Неметаллические нагреватели прессуются или формируются,
превращаясь в готовое изделие.
Материалы для изготовления нагревателей.
Наиболее подходящими и самыми используемыми в
производстве нагревателей являются прецизионные сплавы с высоким электрическим
сопротивлением. К ним относятся сплавы на основе хрома и никеля
(хромониклевые), железа, хрома, алюминия (железохромоалюминиевые).
Эти сплавы обладают хорошими свойствами
жаростойкости и жаропрочности, поэтому они могут работать при высоких
температурах. Хорошую жаростойкость обеспечивает защитная пленка из окиси
хрома, которая образуется на поверхности материала.
Температура плавления пленки выше температуры
плавления непосредственно сплава, она не растрескивается при нагреве и
охлаждении.
Сравнительная характеристика нихрома и фехраля.
Достоинства нихрома: хорошие механические
свойства, как при низких, так и при высоких температурах; сплав крипоустойчив
(крипоустойчивость материала характеризуется его пределом ползучести,
представляющим собой напряжение, соответствующее при данной температуре
определенному удлинению материала в условленное заданное время); имеет хорошие
технологические свойства - пластичность и свариваемость; хорошо обрабатывается;
не стареет, немагнитен.
Недостатки нихрома: высокая стоимость никеля -
одного из основных компонентов сплава; более низкие рабочие температуры по сравнению
с фехралью.
Достоинства фехрали: белее дешевый сплав по
сравнению с нихромом, т.к. не содержит никель; обладает лучшей по сравнению с
нихромом жаростойкостью.
Недостатки фехрали: хрупкий и непрочный сплав;
т.к. фехраль имеет в своем составе железо, то данный сплав является магнитным и
может ржаветь во влажной атмосфере при нормальной температуре; имеет низкое
сопротивление ползучести; взаимодействует с шамотной футеровкой и окислами
железа; во время эксплуатации нагреватели из фехраля значительно удлиняются.
В ЭПС с номинальной температурой 1050°С
применяются нагреватели, изготовленные их хромоникелевых сплавов.
По всем известны данным для камерной печи
периодического действия были выбраны нихромовые нагреватели из стали Х20Н80.
Определение диаметра и длины нагревателя
(нихромовой проволоки) для заданной печи.
Расчет длины и диаметра нагревателя проводят в
несколько этапов.
Необходимо определить мощность, которую может
выдавать печь:
Для камерной печи возьмем мощность 70Вт/л.
Таким образом мощность нагревателя электрической
печи должна составлять:
Найдем силу тока, проходящего через
нагреватель:=P/U- мощность нагревателя, P=469000 Втнапряженность на нагревателе
U=480В
=P/U=469000/480=97,7(А)=U/I=480/91,8=4,9 (Ом) -
сопротивление нагревателя.
Для сети однофазного тока сила тока I=97,7А, а
сопротивление нагревателя R=4,9 Oм.
Для печи, подключенной к сети однофазного тока
известно, что мощность печи составляет Р=469000Вт, напряжение на концах
нагревателя U=480В.
Необходимо для расчетов диаметра нагревателя
рассчитать допустимую поверхностную мощность нагревателя βдоп:
βэф - поверхностная
мощность нагревателей в зависимости от температуры тепловоспринимающей среды,
α - коэффициент эффективности
излучения (табл. 1)
Таблица 1 - Значение коэффициента эффективности
излучения
Для камерной печи сопротивления возьмем
проволочные спирали, полузакрытые в пазах футеровки.
pt=p 20 *k - удельное электрическое
сопротивление материала нагревателя
20 -
удельное электрическое сопротивление материала нагревателя при 20°С 20 =1,13*10 -6 (Ом*м)-
поправочный коэффициент для расчета изменения электрического сопротивления в
зависимости от температуры (по ГОСТ 12766.1-90).
=p 20 *k=1,13*10 -6 *1,025=1,15*10 -6
Ом*м
Рассчитаем диаметр проволоки для нагревателя:
В соответствии с ГОСТ 12766.1-90
выбираем диаметр проволоки 5мм.
Рассчитаем массу необходимого
количества проволоки:=l*μ
μ - удельная масса (масса 1
метра проволоки)длина проволоки,
Результаты расчетов необходимо
проверить:
сопротивление нагревателяноминальное
значение электрического сопротивления 1 м проволокипоправочный коэффициент для
расчета изменения электрического сопротивления в зависимости от
температуры.=4,9 Ом
Таким образом, для нагревателя
потребуется 110 метров нихромовой проволоки Х20Н80 5 мм, это составляет 5,7кг.
Для камерной печи сопротивления
проволочные спирали, полузакрытые в пазах футеровки располагаются по три на
двух стенах, то есть в данной печи 6 нагревателей по 110 метров.
После определения основных размеров, необходимо
перейти к его конструированию и размещению в рабочем пространстве зоны (печи).
Для проволочных спиральных
нагревателей с диаметром проволоки 5-9мм рекомендуется шаг спиралей s 2d, с тем,
чтобы не уменьшать значение коэффициента эффективности.
Выбираем вид нагревателей - проволочный.
Диаметр спирали выбирают по условиям
механической прочности спирали, то есть обеспечения сохранения ее формы в
процессе работы: для никельсодержащих (механически прочных) сплавов
сопротивление
. Длина провода на всех
нагревателях:
Рисун
Похожие работы на - Разработка оборудования для закалки пуансона из чугуна ИЧХ16М2 Курсовая работа (т). Другое.
Курсовая работа по теме Взаимосвязь стиля в одежде с социально-психологическими личностями
Сочинение Что Значит Найти Себя В Жизни
Дипломная работа по теме Методика построения легкоатлетического урока в школе
Дипломная работа по теме Древняя Русь в X-XII вв.
Менің Оқу Орным Эссе
Топик На Тему Биография Анны Ахматовой
Особенности фермерского хозяйства
Доклад: Фундаментальные свойства тороидальных токовых структур
Доклад: Психотерапия пациентов с расщепленным образом "Я"
Страница Курсовой Работы
Реферат: История древнего Востока. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая Работа На Заказ В Нижнем Новгороде
Реферат: Серый пеликан
Воздействие Табакокурения На Организм Человека Реферат
Эссе На Тему Плохих Привычек
Курсовая работа по теме Классификация затрат на производство и калькулирование себестоимости продукции
Эссе Стиль Речи
Контрольная Работа Объемы 11 Класс Атанасян
Курсовая работа по теме Уровень жизни как объект статистического наблюдения
Контрольная работа по теме Построение регрессионной модели
Похожие работы на - Madagascar /english/
Похожие работы на - Ринок роздрібної торгівлі та його маркетингове дослідження
Книга: Машинна імітація випадкових параметрів