книги / Справочное пособие по теплотехнологическому оборудованию промышленных предприятий

действия продолжительность цикла термообработки принята из условий работы ка­ меры с одним выдвижным подом.

обработки в.той же печи и окончательное охлаждение на воздухе, которое состав­ ляет в зависимости от условий 1—5 ч.

4.Продолжительность цикла термообработки принимается ближе к верхнему значению для разностенных отливок, а также имеющих сложную конфигурацию.

5.Нормативы данной таблицы применяются при отсутствии технологических данных о термообработке отливок.

паспорту или рассчитанную производительность, в результате чего находится число часов работы печи, необходимое для обеспечения заданной программы. Получен­ ная величина округляется до целого (в сторону увеличения). Делением установ­ ленного количества печей на расчетное вычисляется коэффициент загрузки обо­ рудования.

Согласно второму методу, по нормам времени для каждой детали (табл. 8.8) определяется общее время, необходимое для термообработки в данной печн (со­ ставляются ведомости загрузки оборудования). Делением этой величины на фонд времени вычисляется количество печей.

В соответствии с выражением (8.1) определяем величину коэффициента за­ грузки оборудования k3:

коэффициент загрузки окажется небольшим (30—50 %), следует выполнить пе­ рерасчет программы цеха на печн меньшей производительности или перенести термообработку части деталей на менее загруженное оборудование. Если коэффи­ циент загрузки превышает 95 %, необходимо принять к установке в цехе резерв­ ную печь.

Подробные сведения о методике выбора количества необходимого вспомо­ гательного (не печного) оборудования для термических цехов приведены в ли­ тературе [86, 114].

Число единиц кузнечно-прессового оборудования находится в соответствии с табл. 8.9 по формуле

р

ГОД

ш =

Для объемной штамповки коэффициент загрузки А3= 0,8 —0,9.

Заготовительное производство включает большую группу цехов металлур­ гического цикла, в которых важная роль отводится сушке компонентов рабочей смеси и форм. Технология смесеприготовительиых отделении литейных цехов на­ ряду с другими включает операции сушки песка и его охлаждения перед поступ­ лением в смесеприготовительные машины.

Компоновка отделения сушки песка с барабанными сушилами приведена на рис. 8.9. Выбор числа и типоразмера сушил производится в соответствии с го­ довой (часовой) производительностью формовочного цеха и фактическим фондом времени работы сушил.

Часть поковок и отливок после термической обработки подвергается грунтов­ ке перед поступлением в механосборочное производство. На рис. 8.10 показан участок для нанесения и сушки защитного покрытия (грунта ГФ-020) на поков­ ки после отжига. Участок расположен в термическом отделении корпуса.

132

Табл. 8.9. Производительность кузнечно-прессового оборудования

8.3. Компоновка и выбор теплотехнологического оборудования механосборочного производства

Детали, которые получаются путем обработки металлической заготовки ре­ занием в механических цехах механосборочного производства, подвергаются термической обработке. Назначение термической обработки деталей в термиче­ ских цехах механосборочного производства — их упрочнение, при этом^ исполь­ зуются методы как чисто термического воздействия, когда химический состав поверхностных слоев остается прежним, так и термического воздействия с изме­ нением не только микроструктуры, но и химического состава поверхностного слоя.

Упрочнению в большинстве случаев подвергают детали, прошедшие механи­ ческую обработку перед операциями шлифовки и сборки. Поэтому к качеству и структуре поверхностных слоев детален предъявляются высокие требования, ре­ ализация которых возможна только при условии применения в процессах термо­ обработки контролируемых атмосфер. На передовых отечественных предприятиях почти всю продукцию механосборочного производства подвергают термической обработке с применением контролируемых атмосфер.

Термообработка деталей машин производится, как правило, в отделениях цехов (на участках). Иногда печи или печные агрегаты встраиваются в линии

133

Табл. 8.10. Температурные графики термообработки стальных деталей механо-

134

Окончание табл. 8.10

1— закалка в холодном или горячем масле;

2— высокий отпуск;

3— закалка в воде

1— цементация; 2— охлаждение (в камере);

3— высокий^отпуск; 4— охлаждение (в камере)

t,4

или участки механической обработки. Термические участки (отделения) могут располагаться либо в отдельных зданиях, либо в блоке цехов.

Наибольшее количество процессов термической обработки характерно для автотракторных и машиностроительных предприятий. В мелкосерийном производ­ стве для этой цели применяют преимущественно камерные и шахтные печи, в серийном и крупносерийном — проходные печи (конвейерные, толкательные ит. п.), а также автоматические линии термической обработки, совмещающие ряд тер­ мических операций.

Процессы, в которых осуществляют насыщение деталей каким-либо элемен­ том, относят обычно к операциям хнмико-термнческой обработки. Однако деле­ ние операций на термические и хнмнко-термнческие чисто условное, так как и при закалке, отжиге, нормализации также происходит физико-химическое взаимо­ действие между железом, углеродом стальных деталей и печной атмосферой.

На металлургических заводах, выпускающих прокат, основными видами тер­ мообработки товарной продукции являются нормализация и отжиг. В связи с повышением требований к качеству проката с целью экономии металла в послед­ ние годы разработаны методы реставрационного науглероживания при отжиге. При этом специфическом, но перспективном процессе одновременно с отжигом происходит восстановительное насыщение углеродом обедненных при предыдущих операциях поверхностных слоев металла (табл. 8.10).

На рессорных, пружинных, метизных предприятиях основным технологиче­ ским процессом является закалка с последующим отпуском. Для закалки дета­ лей чаще всего используют масло и воду. Иногда применяют водные растворы солей, щелочей, кислот, эмульсин, псевдоожиженный слой инертного дисперсного материала, водные растворы полимеров и т. д.

При единичном и серийном производстве применяются печи универсального назначения (камерные, шахтные, печи-ванны), а при массовом — специализиро­ ванные с высоким уровнем механизации (толкательные, конвейерные).

При планировке термического цеха предварительную оценку производствен­ ной площади можно сделать на *основе укрупненных норм: в инструментальном термическом отделении требуется 25—30 м2 площади на печь, в термическом цехе с толкательными и конвейерными печами — 80—130 м2. Площадь проездов н проходов составляет 20—30 % производственных площадей. Выполняя расста­ новку печей, необходимо стремиться к тому, чтобы в общем грузопотоке (дви­ жение деталей по операциям) не было встречных перемещений. Для этого выби­ раются места поступления деталей в цех и точки выхода. После расстановки печей намечаются площади для вспомогательного оборудования, складских н подсобных помещений.

135

Оборудование по общему назначению следует группировать в отдельные участки термообработки (цементации, азотирования и т. д.). Крупное оборудова­ ние — агрегаты толкательного и конвейерного типов — размещают в несколько рядов, оставляя проходы между ними (2—3 м). Если проходные агрегаты за­ мкнутого типа (загрузка и выгрузка деталей в одном и том же месте), удобнее их устанавливать поперек цеха, если же загрузка и выгрузка на разных концах агрегата,— вдоль. Проходы между камерными печами обычно принимают рав­

ными 1,5—2 м.

При расстановке оборудования фасады печей стремятся располагать в одни

2 проездов в середине цеха или по краям: один должен быть пожарным и иметь ширину 5—5,5 м, другой — 3,5—4 м [86].

Закалочные баки, не встроенные в агрегаты, устанавливаются на минималь­ ном расстоянии от закалочных печей. Прессы для правки, измерения твердости, пункты ОТК, электролитические ванны для травления могут быть размещены в том же помещении, что и печи. Участки с печами цианирования, в которых применяются особо опасные цианистые соединения, отделяются перегородкой.

Генераторы защитных атмосфер располагаются непосредственно у печей (ав­ тономная схема снабжения) или в определенном месте (централизованная схема). Вопрос о преимуществах и недостатках каждой из схем рассмотрен в литера­ туре [14].

Втермических цехах должно быть предусмотрено помещение для службы механика, хранения радиационных труб, муфелей, вентиляторов приточной и вы­ тяжной систем, а также для маслоохладительных установок и насосов (послед­ ние обычно устанавливают в подвале цеха).

Вцехах поточно-массового производства склады продукции не предусматри­ ваются. В цехах другого типа (серийного, индивидуального, массового произ­ водства) следует устраивать помещение для складов. Кроме того, в цехе необ­ ходима кладовая для хранения технологических материалов и других ценностей. Общая площадь вспомогательных помещений составляет обычно 25—30 % про­ изводственной площади.

Компоновка участка термообработки стальных изделий показана на рис. 8.11.

Исключительное внимание в последние годы уделяется декоративному и за­ щитному покрытию деталей механосборочного производства машиностроительных заводов. Изделия, подвергаемые окрашиванию, делятся на две группы. К первой относя? крупногабаритные, обладающие сравнительно небольшим весом изделия (кабины, элементы обшивки кузовов, лонжероны, различного рода емкости и т. п.); ко второй группе — менее крупные, но обладающие большой массой

детали, полученные путем литья или обработки давлением (элементы мостов, картеров и т. п.).

Всостав технологической линии окрасочного участка входят камеры моечные

иокрасочные, а также сушильные и охлаждения.

Оборудование технологической линии окрасочного отделения объединяется конвейером (подвесным или напольным тележечного типа).

Часто изделия заготовительных цехов подвергаются только грунтовке без на­ несения декоративного слоя.

Технологический процесс окраски заключается в мойке и сушке перед на­ несением на деталь грунта или слоя эмали и охлаждении на воздухе или в спе­ циальной камере. Затем деталь конвейером подается в одноили многопозицион­ ную окрасочную камеру, где на ее поверхность наносится слой грунта или пер­ вый слой краски (эмали), и направляется к тамбуру загрузки конвективного пли терморадиационного сушила. В сушиле происходит испарение паров растворите­

136

по мере перемещения ко второй окрасочной камере), где происходит нанесение слоя окраски после грунтовки или второго слоя покрытия. После окраски детали направляются в сушило, затем охлаждаются в камере или на воздухе и посту* пают на участок разгрузки конвейера. В промежутке между первым н вторым покрытием краской предусматривается возможность подкраски деталей. Сушка после грунтовки и окраски происходит при температуре 383—423 К; после мойки (банденизацин) — при температуре 353—393 К. Как уже отмечалось, для сушки

Рис. 8.11. Компоновка участка термообработки с электропечными агрегатами СТЦА:

/ — пульт управления; 2 — моечно-сушильная машина; 3 — механизмы перемещения; 4 — электропечь низкого отпуска; 5 — электропечь цементации; 6 — камера подстужнвання; 7 — закалочным бак; 8 — электропечь закалочная; 9 — эндотсрмнческн/i генератор; 10 — гидропанели; // — трансформатор; 12 — щнт управления; 13 — панель контроля н распределения газа; 14 — маслонанорная установка.

после нанесения грунта и окраски обычно используются горизонтальные много­ ходовые сушила конвективного или термораднацнонного типа. В качестве тепло­ носителя используются пар, электрическая энергия и природный газ. Сушильным агентом являются воздух или продукты сгорания топлива (их смесь с атмосфер­

ным воздухом).

Общее число оборудования (окрасочные камеры, сушила и др.) определяется технологическим процессом сушки, а его производительность — годовой програм­ мой цеха (заготовительного или механосборочного). Сушильное отделение, как правило, включает оборудование, объединенное одиониточным, реже двухннточ-

производительности при наличии такого резерва достигается изменением скорости движения конвейера.

137

Табл. 8.11. Коэффициент полезного действия термических печей

скорость нагрева в объемных пламенных печах, что объясняется повышенной ин­ тенсивностью теплообмена.

меняются полуметоднческие толкательные печи.

Камерные печи устанавливаются у штамповочных молотов и прессов неболь­ шой производительности, а также в случаях, когда нагреваются заготовки очень широкой номенклатуры, сильно отличающиеся друг от друга по размерам, кон­ фигурации, технологии штамповки.

Полуметоднческие печи значительно экономичнее камерных и позволяют ме­ ханизировать загрузку, перемещение и выгрузку заготовок. Однако механизация нагревательных операций может быть успешно решена лишь при массовом и крупносерийном производстве, когда за одним штамповочным агрегатом закреп­ лена узкая номенклатура поковок. При нагреве однотипных по форме заготовок с достаточно большим отношением длины к эквивалентному диаметру могут при­ меняться печи с «шагающим» подом («шагающими» балками). Проблему меха­ низации транспорта при нагреве заготовок разнообразной формы позволяют ре­ шить печи с вращающимся подом. Конструкции и техническая характеристика наиболее распространенных в машиностроении полуметодическнх и методических печей даны в литературе [103].

8.4.2. Печи для термической обработки поковок и отливок

Основными видами термической обработки поковок являются следующие. Нор­ мализация (нормализации подвергаются поковки, содержащие, до 0,4 % углерода), при которой поковки нагреваются до температуры выше верхней критической точки 1Лс3 на 50—60 °С и после непродолжительной выдержки выгружаются из печи н

охлаждаются на воздухе. Термоулучшение — закалка и высокий отпуск (применяют для среднеуглеродистых (0,4—0,6 % углерода) и легированных сталей) с целью по­ лучения заданной микроструктуры и твердости.

При закалке поковки нагревают до температуры tA C3 + (30—50) °С, а при от­

пуске — до 550—680 °С. Закалку поковок из легированных сталей осуществляют в масле, а из углеродистых сталей — в воде. Охлаждение после отпуска производит­ ся в атмосфере печи, на воздухе либо в воде (ванне или под душем). Отжиг огне­ термический, которому подвергаются поковки из легированных сталей с высоким содержанием углерода. Операция отжига позволяет не только уменьшить неодно­

139

в час.

Указанные операции термического упрочнения выполняют в различного типа проходных (при серийном и крупносерийном производстве) или садочных (в мел­ косерийном производстве) печах. Из проходных печей применяются толкатель­ ные и конвейерные (с ленточным или подвесным конвейером), а из садочных — камерные с выкатиым и шаровым подом, печи с перемещающимся корпусом и т. д. [103].

При производстве поковок точными методами, когда величина припуска со­ ставляет 0,5—1,0 мм, применение защитных атмосфер в процессе термообработки поковок обязательно. Использование защитных атмосфер предотвращает окисле­

применения защитных атмосфер определяется экономическим анализом для каж­ дого конкретного случая (с учетом реальной экономии затрат на очистку, реаль­ ной экономии металла за счет снижения припуска). Экономический анализ пцказывает, что если поковки перед термообработкой имеют неглубокий поверхност­ ный обезуглероженный слой (до 0,4 мм), целесообразно совмещать операцию термической обработки с-реставрационным науглероживанием в контролируемых атмосферах до исходной марочной концентрации углерода в данной марке стали.

Термическая обработка чугунных отливок занимает исключительное место среди операции тепловой обработки литейных цехов. Ее назначение — придание ■требуемых свойств за счет изменения структуры при нагреве, выдержке и охлаж­

ской массы и графита хлопьевидной формы. В результате термообработки про­ исходит коренное изменение фазового состава и структуры белого чугуна в результате полной или частичной графитизации. Чугун из твердого и хрупкого превращается в пластичный и хорошо обрабатываемый.

ботки для исправления отливок, полученных с отклонениями от требуемого качества.

структур распада аустенита. Для стальных отливок используется полный и диф­ фузионный отжиг. Полный отжиг применяется с целью снижения твердости, что способствует улучшению механической обработки резанием и снятию внутренних напряжений. Микроструктура стали в литом состоянии обладает крупным зерном с грубыми включениями феррита. Отжиг литой стали приводит к получению мелкозернистой структуры с равномерно распределенными зернами феррита. Диффузионный отжиг (гомогенизация) применяется преимущественно для круп­ ных стальных отливок из легированных сталей с целью выравнивания химической неоднородности зерен твердого раствора.

Нормализация отличается от полнога отжига характером охлаждения и при­ меняется для устранения структурной неоднородности, получения мелкозерни­ стой структуры.

Закалка представляет собой процесс получения структуры аустенита, тростита и применяется для отливок из стали с целью повышения твердости и требуе­ мых физико-механических свойств. Закалка заключается в нагреве стали до за­ калочной температуры, выдержке при ней и последующем охлаждении с большой скоростью.

Отпуск следует после закалки отливок из стали для получения более равно­ мерных структур. Осуществляется он путем нагрева стали до температуры ниже •интервала превращений, выдержки и последующего охлаждения.

Перечисленные операции выполняются в камерных и проходных печах, тех-

,140