4. Описание практических занятий

Практические занятия заключаются в выполнении заданий по термической обработке металлических и неметаллических материалов, проведении технических расчетов количества установок для термической обработки, расхода различных видов технологической энергии.

Другим видом практических занятий являются вопросы по термической обработке различных материалов: сталей, чугунов, алюминиевых и титановых сплавов, пластических масс и др.

Предусмотрена группа вопросов по особым видам обработки: термомеха-ническая и механикотермическая обработки, лазерное термоупрочнение, электроимпульсные технологии.

Такой широкий подход к разнообразным способам современной технологии термической и тепловой обработки материалов позволяет подготовить более квалифицированного выпускника вуза.

5. Практические занятия и примеры выполнения

Ниже приведены некоторые примерные задания и вопросы, последовательность выполнения заданий и ответов на вопросы.

Пример 3. Расчет электроэнергии (по условиям примера 2).

Электроэнергия технологическая:

Q_эт = nNК_зФ_дК_п = 2∙25∙0,79∙3369,4∙0,85 = 113127 кВтч.

Пример 1. Расчет годового фонда времени работы оборудования при лазерной обработке.

Для участка лазерного термоупрочнения выбираем двухсменный режим работы, т.е. 16 часов в сутки.

Календарный фонд времени работы оборудования Ф_к рассчитываем по формуле.

Ф_к = Дав = 365∙2∙8 = 5840 ч,

где Д – количество дней в году;

а – количество рабочих смен в сутках;

в – продолжительность рабочей смены, час.

Номинальный фонд времени работы оборудования Ф_н вычисляем по формуле.

Ф_н = Ф_к – [(П+В)ав + ПП)ас] = 5840 – [(12+104) )2∙8 +10∙2∙1] = 3964 ч,

где Д – число дней в году (365);

П – число праздничных дней в году (12);

В – число выходных дней в году (104);

ПП – число предпраздничных дней в году (10);

а – количество смен работы оборудования (2);

в – длительность смены в часах (8);

с – сокращение рабочей смены в предпраздничные дни (1).

Действительный фонд времени работы Ф_д оборудования вычисляем по формуле.

Ф_д = Ф_нК_п.об. = 3964∙0,85 = 3369,4 ч,

где К_поб – коэффициент, учитывающий плановые потери на ремонт оборудования; при работе в две смены К_поб равен 0,85.

Рис. 53. Матрица вырубного штампа

Пример 2. Рассчитать необходимое количество лазерных технологических установок для термо-упрочнения рабочей кромки матрицы вырубного штампа (рис. 53) из стали У8А на твердость 55… 57 HRC. Годовая программа выпуска Q = 125000 шт. Режимы упрочнения: Р = 600 Вт, d = 3 мм,  = 9 мм/с. Расчет времени на лазерную обработку и количества оборудования.

Общая длина лазерной дорожки L (периметр рабочей кромки матрицы) – 740мм.

Время обработки одной детали:

t = L /  = 740 / 9 = 82,2 с.

Общее время обработки одной детали с учетом подготовительно-заключительного времени:

t_общ = t + 0,85t = 82,2 + 0,85∙82,2 = 152 с.

Часовая производительность оборудования:

Р = 3600 / t_общ = 3600 / 152 = 23,7 шт./ч.

Задолженность оборудования:

П_з = Q / Р = 125000 / 23,7 = 5274,3 ч.

Расчетное количество лазерных установок:

N_р = П_з / Ф_д = 5274,3 / 3369,4 = 1,57

Принимаем количество лазерных установок N_пр = 2. Коэффициент загрузки оборудования:

К_з = N_р / N_пр = 1,57 / 2 = 0,79 или 79 %.

Пример 3. Расчет электроэнергии (по условиям примера 2).

Электроэнергия технологическая:

Q_эт = nNК_зФ_дК_п = 2∙250,79∙3369,4∙0,85 = 113127 кВтч.

где N – мощность данного оборудования, кВт,

n – число единиц оборудования,

К_п – коэффициент полезного использования установки по мощности (0,85).

Электроэнергия на освещение:

Q_эо = (FqTh₀)/1000 = (54∙11∙2300∙0,8)/1000 = 1093 кВтч,

где F – освещаемая площадь, м²;

q – удельная величина, представляющая собой количество Ватт на 1 м² освещаемой площади;

T – число часов горения в году;

h₀ – коэффициент одновременного горения ламп (0,8).

Общий годовой расход электроэнергии:

Q_э = Q_эт + Q_эо = 113127 + 1093 = 114220 кВтч.

Пример 4. Расчет расхода воды (по условиям примера 2).

Вода технологическая:

Q_вт = nРК_зФ_дК_п = 2∙720∙0,79∙3369,4∙0,95 = 3641378 л,

где Р – расход воды в час (12 литров в минуту), л,

n – число единиц оборудования,

К_п – поправочный коэффициент (0,95).

Вода бытовая:

Q_вб =gФа = 35∙4∙249∙2 = 69720 л,

где g – расход воды на 1-ого работающего в смену (35 л);

к – количество работающих в смену;

Ф – число рабочих дней в году;

а – число смен.

Общий годовой расход воды:

Q_в = Q_вт + Q_вб = 3711098 л.

Пример 5. Рассчитать расход электроэнергии для работы закалочных печей СН3.3,06,52,0/10 Э = NnФ₀К_З_п,

N– мощность печи – 15 кВт;

n – число печей – 2;

Ф₀– действительный годовой фонд времени оборудования пече-часов – 2294;

К_З– коэффициент загрузки оборудования – 0,9;

_п– коэффициент полезного использования печи по мощности (принимается равным 0,6);

Э = 2∙15∙2294∙0,9∙0,6 = 37283,0 кВт.ч.

Пример 6. Подсчитать расход природного газа для отопления толкательной безмуфельной печи газовой цементации. Печь работает в 3 смены:

Q_г= пФ_дН, м³= 1∙2294∙3∙70 = 481740 м³;

Н= 70 м³/ч по данным Стальпроекта.

Полученные данные расхода технологической энергии заносятся в сводную ведомость, форма которой представлена в приложениях.

Пример 7. Рассчитать расход электроэнергии на освещение участка тепловой обработки деталей. Площадь участкаF= 650 м². Участок работает в одну смену.

кВт ч.

Величина Тпринимается с учетом длительности осветительного периода в средней полосе России при односменной работе = 1000 ч.

Пример 8.Как проводится низкотемпературная термомеханическая обработка?

НТМО подвергаются конструкционные легированные стали, имеющие повышенную устойчивость переохлажденного аустенита. Это комбинированная обработка, состоящая из следующих операций:

 нагревание, как при закалке доэвтектоидной стали, выше температуры Ас₃на 30…50С, выдержка, охлаждение (подстуживание) до температуры500…700С, т.е. выше М_н, с сохранением структуры переохлажденного аустенита;

 пластическая деформация аустенита, например, прокаткой, с большими обжатиями до 80…90 %;

 окончательное охлаждение (закалка), например, в масле с превращением аустенита в мартенсит.

Проведение после НТМО низкого отпуска закаленной стали при температуре 160…200 С.

Сталь получает высокие прочностные свойства в результате формирования при пластической деформации аустенитной структуры с высокой плотностью дислокаций. Эта дислокационная структура сохраняется и при фазовом превращении аустенита в мартенсит.

Пример 9.Какие изменения в структуре происходят при старении закаленного сплава алюминий – медь?

Закаленный сплав имеет структуру перенасыщенного раствора меди в алюминии, т.е. термодинамически неустойчивое состояние. Проведение последующего нагрева, т.е. старение, приводит к распаду этого раствора в несколько стадий.

При пониженных температурах старения вследствие развития диффузии меди образуются особые микрообъемы, называемые зонами ГП. Они имеют форму в виде тонких дисков с повышенной концентрацией меди. Между зонами ГП и областями твердого раствора  нет границ раздела. На поверхности соприкосновения у них одинаковая кристаллическая решетка гранецентрированного куба (когерентные «границы»).

С повышением температуры старения возникают мелкие частицы метастабильных промежуточных фаз  и . Кристаллические решетки этих фаз тетрагональные, а химический состав соответствует стабильной фазе CuAl₂ (-фазе). Старение при оптимальных режимах приводит к упрочнению сплавов.