Содержание

1 Введение 11

1.1 Общие положения 11

1.2 Цель дипломного проекта 12

1.3 Применение САПР 13

2 Теория пластичности 15

2.1 Виды деформации 15

2.2 Условие постоянства объема 16

2.3 Горячая деформация 17

2.4 Напряжения в координатных площадках 20

3 Технологическая часть 21

3.1 Существующий технологический процесс изготовления поковок шифра Е1188 21

3.2 Существующий технологический процесс изготовления поковок шифра Е1227 24

3.3 Анализ существующих технологий 27

3.4 Усовершенствование технологического процесса изготовления поковок шифра Е1188 28

3.5 Усовершенствование технологического процесса изготовления поковок шифра Е1227 31

3.6 Предлагаемый технологический процесс изготовления поковок шифра Е1188 33

3.7 Предлагаемый технологический процесс изготовления поковок шифра Е1227 35

3.8 Анализ конструкции детали “Зубчатый венец” 37

3.9 Анализ конструкции детали “Шатун” 41

3.10 Характеристика материала деталей 44

3.10.1 Сталь 45ХН 44

3.10.2 Сталь 40ХГМ 46

3.11 Расчет поковки шифра Е1188 47

3.11.1 Припуски 47

3.11.2 Размеры поковки и их допускаемые отклонения 48

3.11.3 Разработка чертежа раскатанной поковки 49

3.11.4 Определение размеров исходной заготовки 51

3.11.5 Расчет операции отрезки 55

3.11.6 Расчет операции осадки 56

3.11.7 Определение размеров полуфабриката 58

3.11.8 Расчет операции штамповки 59

3.11.9 Определение усилия обрезки облоя и пробивки перемычки 60

3.11.10 Расчет операции раскатки 62

3.11.11 Расчет коэффициентов эффективности использования металла 65

3.12 Расчет поковки шифра Е1227 66

3.12.1 Определение исходного индекса 66

3.12.2 Припуски 66

3.12.3 Кузнечные напуски 68

3.12.4 Размеры поковки и ее допускаемые отклонения 69

3.12.5 Разработка чертежа поковки 70

3.12.6 Определение размеров исходной заготовки 73

3.12.7 Расчет операции отрезки 76

3.12.8 Расчет операции осадки по радиусу с протяжкой 78

3.12.9 Расчет операции штамповки 79

3.12.9 Расчет операции обрезки облоя и пробивка перемычек 80

3.12.10 Расчет операции правки 82

3.12.11 Расчет коэффициентов эффективности использования металла 83

3.13 Технологические параметры операций 84

3.13.1 Требования к исходным заготовкам из сталей 45ХН и 40ХГМ 84

3.13.2 Нагрев заготовок под ковку и штамповку 84

3.14 Проектирование техоснастки для изготовления поковки шифра Е1188 86

3.14.1 Оснастки для свободной осадки 86

3.14.2 Проектирование молотового штампа для полуфабриката Е1188 86

3.14.3 Проектирование обрезного штампа для полуфабриката Е1188 93

3.14.4 Оснастка для раскатки 99

3.15 Проектирование техоснастки для изготовления поковки шифра Е1227 99

3.15.1 Оснастка для осадки по радиусу с протяжкой 99

3.15.2 Проектирование молотового штампа 100

3.15.3 Проектирование обрезного штампа 104

3.16 Эксплуатация штампов 107

4 Оборудование 109

4.1 Деформирующее оборудование 109

4.1.1 Паровоздушный ковочный молот двойного действия с массой падающих частей 6 т 109

4.1.2 Паровоздушный штамповочный молот с массой падающих частей 16 т 112

4.1.3 Закрытый однокривошипный пресс простого действия К 9542 А усилием 16 МН 114

4.1.4 Кольцепрокатный стан КПС-750 116

4.2 Разделительное оборудование 117

4.3 Нагревательное оборудование 118

4.3.1 Газовая полуметодическая печь 118

4.3.2 Двухкамерная нагревательная печь 119

5 Механизация и автоматизация 120

5.1 Захватный орган ковочного манипулятора 120

5.2 Механизирующее устройство для установки штампов 123

6 Модернизация кузнечно-прессового оборудования 126

6.1 Обоснование модернизации 126

6.2 Проектирование защитного экрана 126

7 Организационная часть 129

7.1 Номенклатура и производственная программа 129

7.2 Определение потребного количества оборудования 131

7.2.1 Определение количества полуметодических печей 133

7.2.2 Определение количества двухкамерных печей 133

7.2.3 Определение количества ковочных молотов с МПЧ 6 т 134

7.2.4 Определение количества штамповочных молотов с МПЧ 16 т 134

7.2.5 Определение количества кривошипных прессов 135

7.2.6 Определение количества кольцепрокатных станов 135

7.3 Определение численности основных рабочих 137

7.4 Определение количества вспомогательных рабочих 140

7.5 Определение количества служащих 141

7.6 Расчет основных и вспомогательных материалов 143

7.7 Расчет энергоносителей 144

7.8 Расчет технологической оснастки 146

7.9 Расчет необходимых площадей 147

8 Безопасность жизнедеятельности 148

8.1 Краткие сведения о проектируемом участке 148

8.2 Анализ опасных и производственных факторов 149

8.3 Безопасность технологического процесса 151

8.3.1 Безопасность при нагреве заготовок 151

8.3.2 Безопасность при обрезке облоя и пробивке отверстий 152

8.3.3 Безопасность подъемно-траснпортных средств 153

8.3.4 Безопасность напольного транспорта и грузопотоков 153

8.4 Безопасность оборудования 154

8.4.1 Безопасность работы на паровоздушных молотах 154

8.5 Электробезопасность 155

8.6 Промышленная санитария 157

8.6.1 Микроклимат 157

8.6.2 Освещение 158

8.6.3 Шум 159

8.7 Пожарная безопасность 160

8.8 Охрана окружающей среды 163

9 Экономическая часть 166

9.1 План производства 167

9.1.1 Годовая производственная программа 167

9.1.2 Потребность в технологическом оборудовании 167

9.1.3 Организация труда и заработной платы 167

10 Список использованной литературы 183

11 Приложения 185

Приложение А 185

Приложение Б 185

Приложение В 186

 

Внимание!

Диплом № 3289. Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ дипломной работы, цена оригинала 1000 рублей. Оформлен в программе Microsoft Word. 

Оплата. Контакты.

1 Введение

1.1 Общие положения

Основной задачей ковки и объемной штамповки, как и других видов обработки металлов давлением, является придание заготовке требуемой формы путем пластической деформации. В процессе пластической деформации структура металла изменяется. При правильной разработке технологического режима (с соответствующей последующей термической обработкой) можно создать в обрабатываемом металле такую структуру и механические свойства, которые бы в наибольшей мере удовлетворяли требованиям, предъявляемым к изготовляемой детали. Чем выше требования к прочности машин (особенно, когда прочность должна сочетаться с легкостью, например у автомобилей, самолетов и т.п.), тем больше в таких машинах деталей, полученных обработкой давлением.

Как способ придания металлу требуемой формы обработка давлением успешно соперничает с литейным производством и уступает ему только по сложности конфигурации получаемых деталей и иногда по стоимости производства, но по качеству металла отлитые детали уступают штампованным. Механические свойства (ударная вязкость, усталостная прочность и др.) металла кованых и штампованных деталей после соответствующей термической обработки выше, чем у металла литых деталей.

Чем совершеннее процесс обработки давлением, тем меньше отходов металла. При этом многие процессы обработки давлением осуществляют вовсе без потерь металла. Кроме того, обработка давлением, как процесс формообразования, значительно производительнее и дешевле обработки резанием. Поэтому механическая обработка заготовок, получаемых обработкой давлением, часто сводится лишь к доводке размеров и улучшению качества поверхностей деталей. Однако повышение точности размеров и улучшение качества поверхностей, полученных при обработке давлением, приводит к тому, что во многих случаях этот способ обработки полностью вытесняет обработку резанием.

Считалось, что изготовление деталей резанием имеет бесспорное преимущество перед изготовлением деталей обработкой металла давлением по точности размеров и чистоте поверхности. В настоящее время освоены процессы получения готовых деталей машин путем выдавливания, калибровки, холодной объемной штамповки.

Внедрение новых технологических процессов обработки давлением приводит к получению изделий со значительно более высокими прочностными характеристиками и износостойкостью, чем это было возможно при применении процессов резания на завершающей стадии обработки.

 

1.2 Цель дипломного проекта

 

Целью дипломного проекта является проектирование участка горячей штамповки крупногабаритных поковок, а также разработка усовершенствованных технологий изготовления поковок Е1188 и Е1227 с применением новой модернизации пресса усилием 16 МН и новой механизации. Расчет потребного количества оборудования и рабочих для новых технологических процессов. Разработка планировки участка. Кроме того, в дипломе проведена экономическая оценка от внедрения новых технологических процессов изготовления поковок с использованием модернизированного оборудования и новой механизации.

 

 

1.3 Применение САПР

 

При разработке данного дипломного проекта использовались следующие программы: КОМПАС-3D V7, Solid Works 2001, Paint 2003, Microsoft Office 2003.

Программа КОМПАС-3D V7 предназначена для моделирования и автоматизации проектно-конструкторских работ в различных отраслях деятельности, а также для создания трехмерных ассоциативных моделей отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как оригинальные. Она может успешно использоваться в машиностроении, архитектуре, строительстве, составлении планов и схем − везде, где необходимо разрабатывать и выпускать чертежную и текстовую документацию.

Программа КОМПАС-3D V7 позволяет:

1. быстро получать конструкторскую и технологическую документацию, необходимую для выпуска изделий (сборочных чертежей, спецификаций, деталировок и т.д.),

2. передачу геометрии изделий в расчетные пакеты,

3. передачу геометрии в пакеты разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ,

4. создание дополнительных изображений изделий (например, для составления каталогов, создания иллюстраций к технической документации и т.д.).

Solid Works 2004 позволяет моделировать объемные тела, получать их массово-инерционные характеристики, делать с них чертежи и всевозможные сечения. Также в программе Solid Works 2004 можно производить сборки и проверять правильность их работы (размерный расчет и др.).

Пакет дополнений к Solid Works 2004 позволяет разрабатывать инструменты, штампы для изготовления необходимого изделия.

Paint 2003 представляет собой средство для рисования, с помощью которого можно создавать простые или сложные рисунки. Эти рисунки можно делать черно-белыми или цветными и сохранять их в виде файлов. Созданные рисунки можно выводить на печать, вставлять в другие документы. Paint 2003можно использовать даже для просмотра и правки снятых с помощью сканера фотографий.

Графический редактор Paint используется для работы с точечными рисунками формата JPG, GIF или BMP.

С помощью программы Microsoft Office 2003 оформляется и редактируется текстовая часть пояснительной записки дипломного проекта.

 

 

2 Теория пластичности

 

2.1 Виды деформации

 

Существует несколько видов процессов ОМД: прокатка, прессование, волочение, ковка и штамповка.

Целью ОМД является изменение формы заготовки, максимальное приближение заготовки к форме готовой детали. Для оценки величины формоизменения вводят понятие деформации.

По С.И. Губкину [1] различают горячую, неполную горячую, неполную холодную и холодную деформации.

Горячая деформация (с полным разупрочнением) называют такую, в процессе которой рекристаллизация успевает произойти полностью. В результате горячей деформации металл получает полностью рекристаллизованную равноосную микроструктуру при отсутствии каких-либо следов упрочнения.

Неполной горячей деформацией (с неполным разупрочнением) называют такую, в процессе которой рекристаллизация протекает не полностью. В результате неполной горячей деформации металл получает микроструктуру двух разных типов: рекристаллизованную (с равноосными зернами) и нерекристаллизованную (с вытянутыми зернами), что способствует уменьшению пластичности металла и увеличению вероятности разрушения.

Неполной холодной деформацией (с неполным упрочнением) называют такую, при которой рекристаллизация отсутствует, но процесс возврата успевает произойти. В результате неполной холодной деформации металл получает полосчатую микроструктуру без следов рекристаллизации. Пластические свойства его выше, чем у металла, деформированного при отсутствии возврата, а прочностные свойства ниже.

Холодной деформацией (с полным упрочнением) называют такую, при которой рекристаллизация и возврат полностью отсутствуют, и деформированный металл имеет все признаки упрочнения.

Таким образом, температурные условия оказывают существенное влияние на строение деформируемого металла.

 

2.2 Условие постоянства объема

 

Основным условием при расчете операций формоизменения металла является условие постоянства объема. Так как плотность металла в результате пластической деформации изменяется весьма незначительно и это изменение практического значения не имеет, то при решении задач, связанных с напряжениями и деформациями, обычно принимают следующее условие: объем пластически деформируемого тела остается постоянным или, другими словами, объем тела до пластической деформации равен его объему после деформации [1, стр. 62].

Степень деформации можно выразить как отношение приращения размера к начальному размеру:

;

;

.

(2.1)

Скорость деформации есть изменение степени деформации в единицу времени или относительное смещение объема в единицу времени, т.е.:

.

(2.2)

 

 

2.3 Горячая деформация

 

Горячая деформация, это такая деформация, в процессе которой рекристаллизация успевает произойти полностью по всему объёму продеформированной заготовки.

При горячей деформации в металле формируется полностью кристаллизованная равноосная структура при отсутствии каких-либо следов упрочнения.

На образование равноосной структуры в процессе рекристаллизации при горячей деформации большое влияние оказывает величина температурного интервала деформации (интервал ковочных температур). При этом он должен обеспечить:

• минимальные значения прочностных характеристик и максимальные значения пластических характеристик, а, следовательно, и снижение величин сопротивления деформации;

• исключение прохождения процессов фазовых превращений, при которых происходит снижение пластичности металла.

Известно, что увеличение пластичности при нагреве до температур горячей деформации, является следствием увеличения подвижности атомов, но, кроме того, увеличению пластичности способствуют другие явления, происходящие при нагреве.

В условиях горячего деформирования обычно значительно возрастает пластичность межкристаллитных прослоек, содержащих повышенное количество примесей. Это происходит из-за того, что пограничные слои с повышенным содержанием примесей обладают меньшей термодинамической устойчивостью и имеют температуру плавления меньшую, чем температура плавления зерен основного металла.

С нагревом до температур горячего деформирования прочность межзеренных прослоек уменьшается более интенсивно, чем прочность зерен, и доля межкристаллитной деформации в общей деформации металла увеличивается. Одновременно хрупкость этих прослоек уменьшается, а, следовательно, уменьшается и образование в них микротрещин.

Снижение опасности образования микротрещин объясняется также возможностью их «залечивания» в процессе деформирования. При межфазовом перемещении атомов происходит «залечивание» микроскопических трещин, так как осаждение металла происходит в микропустотах. Так как подвижность атомов возрастает, то и «залечивание» микротрещин происходит интенсивнее в интервале ковочных температур.

Степень деформации − это величина процесса обработки металла давлением, характеризующая проникновение деформации в объем заготовки. Значение величины степени деформации «ответственно» за качество проработки микро- и макроструктуры, неравномерность деформации, напряженное состояние в очагах деформации, величину сопротивления деформации и процессы упрочнения на всех стадиях деформирования.

Скорость деформации − есть изменение степени деформации в единицу времени (или относительное смещение объема в единицу времени). Скорость деформации влияет на пластичность материала и напряжение текучести, выполнение требований соблюдения температурного интервала деформации. При увеличении скорости деформации напряжение текучести возрастает, технологическая пластичность уменьшается. Как отмечалось ранее, во время горячей пластической деформации проходят два противоположных процесса: упрочняющий и разупрочняющий. От соотношения этих процессов при горячей пластической деформации зависит возможность получения структуры с равноосными зернами. На качество структуры в основном влияет температурный интервал деформации. В тоже время, на изменение температурного интервала деформации оказывают влияние степень и скорость деформации, вследствие проявления «теплового» эффекта. Сущность теплового эффекта выражается в том, что энергия, расходуемая на пластическую деформацию, в основном превращается в тепловую (80…85 %). Если скорость деформации мала, то теплота рассеивается, и процесс будет протекает практически в изотермических условиях. При малых скоростях деформации, возможно, регулировать прохождение процессов формирования структуры с равноосным зерном.

Наоборот, при больших скоростях деформации выделяющаяся теплота повышает температуру деформируемой заготовки, изменяет температурный интервал деформации в сторону увеличения значений величины интервала. Максимальная величина верхнего температурного интервала приводит температуру деформируемой заготовки в область прохождения процессов фазовых превращений. При прохождении этих процессов резко снижается пластичность металла, что может привести к разрушению заготовки.

Большое значение для формирования качества заготовок в процессе деформирования имеет схема деформации. Оптимальные схемы деформаций в процессе горячего деформирования заготовки позволяют создать равномерные деформации по всему объему.

Схема деформации дает представление о знаке главных деформаций и напряжений, а также о совокупности схем главных деформаций и напряжений.

Схема деформации отображает действующие силы и определяет характер формоизменения.

Для получения качественной микро- и макроструктуры целесообразно на операциях горячего деформирования применять схемы деформирования, при которых:

главные напряжения должны быть отрицательными (всестороннее неравномерное сжатие).

При горячем деформировании сопротивление деформации зависит от:

1. температуры деформирования (температурный интервал);

2. степени деформации;

3. скорости деформации;

4. длительности деформации;

5. физико-химических свойств материала;

Значения величины сопротивления, зависящие от вышеперечисленных факторов, могут изменить схему деформации и повлиять на качество заготовок.

 

2.4 Напряжения в координатных площадках

 

Тело, подвергающееся действию сил, находится в напряженном состоянии. Внешние силы, действующие на тело, бывают двух видов: поверхностные и объемные.

Каждая точка в напряженном теле находится под действием всех окружающих ее точек, а поэтому на нее будет действовать напряжение, характеризуемое определенной величиной и напряжением.

Полное напряжение по правилу параллелепипеда всегда можно разложить на три: одно нормальное и два касательных. При решении объемных задач, можно использовать тензор напряжений:

.

(2.3)

На практике все эти напряжения контролируются с помощью образцов (темплетов), взятых из разных мест поковки (темплеты упомянуты в обоих технологических процессах).

 

 

3 Технологическая часть

 

3.1 Существующий технологический процесс изготовления поковок шифра Е1188

 

В существующем технологическом процессе [2] используется материал – сталь 45ХН в виде горячекатаной штанги квадратного сечения со стороной 250 мм кратной длины (3,5 м) по ГОСТ 4693-77 (поставляются без термообработки).

Штамповки изготавливают по следующей технологической карте, основные операции которой приведены ниже:

 

В заготовительном цехе:

 

1. Входной технический контроль штанг ведется по следующим стадиям:

• контроль наличия полноты заполнения сопроводительных документов (паспортов, сертификатов качества, протоколов, актов технической приемки и др.);

• контроль внешних параметров качества (маркировка, качество поверхности, размеры);

• контроль параметров, установленных нормативной документацией (химический состав, механические свойства, микрозерно, макроструктура, излом и т.д.);

• контроль параметров для обеспечения технологии (температура фазовых превращений).

Технический контроль проводят бюро входного контроля и ОТК.

2. Транспортировка штанг для нагрева к газовой полуметодической печи осуществляется с помощью мостового крана грузоподъемностью 30т/5т, в виде инструмента выступают – крюки и трос.

3. Нагрев штанги до температуры 550…750°С производится в газовой полуметодической печи в течение 80 минут.

4. Транспортировка штанг для резки к пресс-ножницам осуществляется с помощью мостового крана грузоподъемностью 30т/5т, в виде инструмента выступают – крюки и трос.

5. Отрезка штанги на мерные заготовки массой 319 кг и длиной 650 мм производится на кривошипных пресс-ножницах Н 1546 усилием 40МН. Одновременно с отрезкой заготовок производится отрезка темплета (один темплет □ 250×200+10 мм на партию-плавку).

 

В кузнечно-прессовом цехе:

6. Нагрев заготовок под последующую молотовую штамповку до температуры 1220…1250°С производится в газовой полуметодической печи (в камере не более 20 заготовок) в течение 210 минут. Одновременно с нагревом заготовок производится нагрев темплетов для ковки техпроб.

7. Осадка ведется на паровоздушном ковочном молоте двойного действия с массой падающих частей 6 т, одновременно с осадкой проводится ковка техпроб.

8. Штамповка производится на паровоздушном штамповочном молоте с массой падающих частей 25 т.

9. Обрезку облоя, пробивку перемычки и маркировку штамповки осуществляют на закрытом однокривошипном прессе простого действия усилием 25МН, размер прошивня 500×134 мм.

10. Обмер штамповок – контролируется с помощью шаблонов (проводит ОТК):

761 (max 776,3; min 763,6), 630 (max 638,3; min 626),

500max ( в пределах 500 допускается любое отверстие).

11. Охлаждение на воздухе.

Центральная заводская лаборатория:

 

12. Испытание механических свойств и макроструктуры темплетов и нескольких штамповок из партии в лаборатории, оформление технического отчета.

 

Примечание:

 

1. В кузнечно-прессовом цехе загрузку в печь, подачу и съем с кузнечно-штамповочного оборудования производят при помощи шаржир-машины и напольно-рельсовой тележки.

2. На принятых ОТК штамповках должно быть нанесено: шифр Е1188, № смены, условный номер плавки, товарный знак, клеймо ОТК.

 

 

3.2 Существующий технологический процесс изготовления поковок шифра Е1227

 

В существующем технологическом процессе [8] используется материал – сталь 40ХГМ в виде горячекатаной штанги квадратного сечения со стороной 200 мм немерной длины по ГОСТ 2591-71 (поставляются без термообработки).

Штамповки изготавливают по следующей технологической карте, основные операции которой приведены ниже:

 

В заготовительном цехе:

 

1. Входной технический контроль штанг ведется по заводской методике (см. п. 3.1).

Технический контроль проводят бюро входного контроля и ОТК.

2. Транспортировка штанг для нагрева к газовой полуметодической печи осуществляется с помощью мостового крана грузоподъемностью 30т/5т, в виде инструмента выступают – крюки и трос.

3. Нагрев штанги до температуры 550…750°С производится в газовой полуметодической печи в течение 80 минут.

4. Транспортировка штанг для резки к пресс-ножницам осуществляется с помощью мостового крана грузоподъемностью 30т/5т, в виде инструмента выступают – крюки и трос.

5. Отрезка штанги на мерные заготовки массой 129 кг и длиной 412 мм производится на кривошипных пресс-ножницах Н 1546 усилием 40МН. Одновременно с отрезкой заготовок производится отрезка темплета (один темплет □ 250×200+10 мм на партию-плавку).

 

 

В кузнечно-прессовом цехе:

 

6. Нагрев заготовок под последующую молотовую штамповку до температуры 1220…1250°С производится в газовой полуметодической печи (в камере не более 30 заготовок) в течение 200 минут. Одновременно с нагревом заготовок производится нагрев темплетов для ковки техпроб.

7. Осадка с протяжкой ведется на паровоздушном ковочном молоте двойного действия с массой падающих частей 6 т, одновременно с осадкой проводится ковка техпроб.

8. Подогрев заготовок под последующую молотовую штамповку до температуры 1220…1250°С производится в газовой полуметодической печи в течение 120 минут (в камере не более 15 штук).

9. Предварительная штамповка производится на паровоздушном штамповочном молоте с массой падающих частей 11 т.

10. Окончательная штамповка производится на паровоздушном штамповочном молоте с массой падающих частей 16 т.

11. Обрезку облоя и маркировку штамповки осуществляют на закрытом однокривошипном прессе простого действия усилием 16МН.

12. Подогрев штамповок под правку до температуры 9500С производится в газовой полуметодической печи в течение 120 минут.

13. Правку осуществляют на паровоздушном штамповочном молоте с массой падающих частей 16 т.

14. Охлаждение на воздухе.

 

Механический цех:

 

15. Транспортировка в механический цех из кузнечно-прессового осуществляется партиями посредством железнодорожного транспорта.

16. Сверление перемычек 95 мм, 167 мм производится сверлом 95 мм и “пушечным” сверлом 120 мм на токарном станке ДИП 500.

17. Расточка до 167 мм производится расточным резцом на токарном станке ДИП 500.

 

Центральная заводская лаборатория:

 

18. Испытание механических свойств и макроструктуры темплетов и нескольких штамповок из партии в лаборатории, оформление технического отчета.

 

Примечание:

 

1. В операции №7 при оттяжке заготовки в виде механизации используется манипулятор грузоподъемностью 1 т.

2. В кузнечно-прессовом цехе загрузку в печь, подачу и съем с кузнечно-штамповочного оборудования производят при помощи шаржир-машины и напольно-рельсовой тележки.

3. На принятых ОТК штамповках должно быть нанесено: шифр Е1227, № смены, условный номер плавки, товарный знак, клеймо ОТК.

 

 

3.3 Анализ существующих технологий

 

При разработке технологий изготовления поковок Е1188 и Е1227 из сталей 45ХН и 40 ХГМ, учтены факторы, влияющие на их качество:

• химический состав стали;

• режимы нагрева заготовок;

• степени деформации заготовок по переходам на операциях штамповки, ковки и раскатки;

• температура ковочного инструмента.

В существующем технологическом процессе изготовления поковки Е1227 отверстия 95 мм и 167 мм получают с помощью операций обработки резанием на токарном станке ДИП 500. Сверление и расточка проходят приблизительно за 10 переходов, это достаточно трудоемкие операции.

Недостатки, обнаруженные в существующих технологических процессах:

1. низкая производительность;

2. отсутствие центровки (соосности заготовки и штампа) на операциях формообразования приводит к неравномерному течению металла и образованию одностороннего большого облоя, а в целом к большому расходу металла;

3. большие энергосиловые затраты, вызванные использованием мощного оборудования при штамповке кольца;

4. существенные затраты на изготовление штамповой оснастки в связи с большими размерами штампованного кольца;

5. увеличенный расход металла на перемычку и облой при штамповке кольца большого диаметра;

6. изготовление поковок с повышенными припусками

7. существенные затраты, трудоемкость и экономическая нецелесообразность применения операций обработки резанием (сверление и расточка);

8. повышенный шум и вибрация.

 

3.4 Усовершенствование технологического процесса изготовления поковок шифра Е1188

 

Опыт отечественной и зарубежной практики показал, что наиболее прогрессивным способом получения кольцевых деталей большого диаметра является совместный процесс штамповки с раскаткой. Этот способ обеспечивает высокое качество кольцевых деталей по структуре и приводит к значительному снижению расхода металла.

Раскатка кольцевых деталей – технологическая операция формоизменения, посредством которой производится одновременное увеличение наружного диаметра и диаметра отверстия кольцевой поковки за счет локальной деформации, уменьшающей толщину стенки заготовки и профилирующей ее.

Внедрение процесса раскатки более толстых и меньших по диаметру заготовок позволит снизить недостатки, приведенные в анализе.

По схемам формоизменения раскатку кольцевых заготовок разделяют на открытую, полуоткрытую, закрытую и полузакрытую. В данном случае для получения гладких внутренних и наружных поверхностей кольца целесообразно применить открытую раскатку, т.к. она производительнее и проще, чем другие схемы раскатки.

При раскатке за счет локальной деформации увеличится деформация сдвига, что приведет к более мелкому зерну в ободе кольца. В дальнейшем после нарезки зубьев более мелкая структура повысит механическую прочность, а, следовательно, и срок службы кольца.

На рисунке 3.1 приведена схема процесса открытой раскатки поковки шифра Е1188. Исходный полуфабрикат 1 помещается между двумя валками 2 и 3, из которых наружный является приводным, а второй вращается за счет сил трения от контакта с полуфабрикатом. Один из валков имеет возвратно-поступательное перемещение, при своем рабочем ходе воздействуя на полуфабрикат с усилием, необходимым для деформирования. Увеличиваясь в диаметре, полуфабрикат в течение всего процесса деформирования соприкасается с двумя свободно вращающимися направляющими валками 4 и 5, которые прижимаются к нему с определенным усилием, предотвращая смещение центра полуфабриката от оси центров раскатных валков 2 и 3, устраняя вибрации и обеспечивая правильную геометрическую форму кольца. В процессе раскатки с полуфабрикатом контактирует контрольный ролик 6, который при достижении заданного наружного диаметра подает сигнал на отвод нажимного валка 3 в исходное положение, после чего полуфабрикат может быть удален с валка 2.

 

Рисунок 3.1 – Схема процесса открытой раскатки поковки Е1188

Цифрами на схеме обозначены:

 

1 – полуфабрикат Е1188;

2 – приводной валок (обойма);

3 – нажимной валок;

4,5 – направляющие валки;

6 – контрольный ролик.

 

3.5 Усовершенствование технологического процесса изготовления поковок шифра Е1227

 

Предлагается заменить сверление и расточку на операцию обработки металлов давлением – пробивку отверстий с помощью совмещенного штампа на обрезном прессе.

Пробивка отверстий, обрезка облоя и правка будут осуществляться в совмещенном штампе, что позволит снизить затраты на переналадку оборудования и повысит производительность.

Также предлагается заменить два молотовых штампа на один, содержащий предварительный и окончательный ручьи, что позволит снизить парк оборудования.

На рисунке 3.2 представлена схема совмещенного штампа для обрезки облоя, пробивки отверстий и правки поковки Е1227.

 

Рисунок 3.2 – Схема совмещенного штампа для обрезки облоя, пробивки отверстий и правки поковки Е1227

 

3.6 Предлагаемый технологический процесс изготовления поковок шифра Е1188

 

В предлагаемом технологическом процессе используется тот же материал, что и в существующем (см. п. 3.1).

Штамповки предлагается изготавливать по следующей технологической карте, основные операции которой приведены ниже:

 

В заготовительном цехе:

 

Операции с 1 по 4 аналогичны существующему технологическому процессу.

5. Отрезку штанги на мерные заготовки массой 229 кг вместо 319 кг и длиной 466 мм вместо 650 мм производить на кривошипных пресс-ножницах Н 1546 усилием 40МН. Одновременно с отрезкой заготовок производить отрезку темплета (вместо темплета □ 250×200+10 мм отрезать □ 250×125+10 мм на партию-плавку).

 

В кузнечно-прессовом цехе:

 

Операция 6 аналогична существующему технологическому процессу.

7. Осадка по размерам эскиза (см. рисунок 3.8) вести на паровоздушном ковочном молоте двойного действия с массой падающих частей 6 т, одновременно с осадкой проводить ковку техпроб.

8. Штамповку производить на паровоздушном штамповочном молоте с массой падающих частей 16 т.

9. Обрезку облоя, пробивку отверстия и маркировку штамповки осуществлять на закрытом однокривошипном прессе простого действия К9542 А усилием 16МН, размер прошивня 240×134 мм.

10. Охлаждение на воздухе, с последующим нагревом под раскатку, не позднее 36 часов после изготовления первой штамповки.

11. Нагрев полуфабрикатов под последующую раскатку до температуры 1200°С производить в двухкамерной нагревательной печи в течении 120 минут.

12. Раскатку осуществлять на кольцепрокатном стане КПС-750.

13. Маркировку колец наносить вручную с помощью набора клейм, обоймы с ручкой и кувалды.

14. Обмер штамповок – контролировать с помощью шаблонов (проводит ОТК):

764 (max 779,1; min 766,9), 618 (max 628,3; min 616,2),

518 (max 527,3; min 515,2).

15. Охлаждение на воздухе.

 

Центральная заводская лаборатория:

 

16. Испытание механических свойств и макроструктуры темплетов и нескольких штамповок из партии в лаборатории, оформление технического отчета.

 

Примечание:

 

1. В кузнечно-штамповочном цехе загрузку в печь, подачу и съем с кузнечно-штамповочного оборудования производится при помощи шаржир-машины и напольно-рельсовой тележки.

2. На принятых ОТК штамповках должно быть нанесено: шифр Е1188, № смены, условный номер плавки, товарный знак, клеймо ОТК.

 

3.7 Предлагаемый технологический процесс изготовления поковок шифра Е1227

 

В предлагаемом технологическом процессе используется материал – сталь 40ХГМ в виде горячекатаной штанги квадратного сечения со стороной 215 мм вместо 200 мм немерной длины по ГОСТ 2591-71 (поставляются без термообработки).

Штамповки предлагается изготавливать по следующей технологической карте, основные операции приведены ниже:

 

Операции с 1 по 4 аналогичны существующему технологическому процессу.

5. Отрезка штанги на мерные заготовки массой 123,1 кг вместо 129 кг и длиной 356 мм вместо 412 мм производится на кривошипных пресс-ножницах Н 1546 усилием 40МН. Одновременно с отрезкой заготовок производится отрезка темплета (один темплет □ 250×200+10 мм на партию-плавку).

Операции с 6 и 8 аналогичны существующему технологическому процессу.

7. Осадка с протяжкой по размерам эскиза (см. рисунок 3.13) ведется на паровоздушном ковочном молоте двойного действия с массой падающих частей 6 т, одновременно с осадкой проводится ковка техпроб.

9. Штамповку производить на паровоздушном штамповочном молоте с массой падающих частей 16 т.

10 Обрезку облоя, пробивку отверстий, правку и маркировку штамповки осуществлять на закрытом однокривошипном прессе простого действия К9542 А усилием 16МН.

11 Охлаждение на воздухе.

 

Центральная заводская лаборатория:

 

12. Испытание механических свойств и макроструктуры темплетов и нескольких штамповок из партии в лаборатории, оформление технического отчета.

 

Примечание:

 

1. В операции №7 при оттяжке заготовки в виде механизации используется манипулятор грузоподъемностью 1 т.

2. В кузнечно-прессовом цехе загрузку в печь, подачу и съем с кузнечно-штамповочного оборудования производят при помощи шаржир-машины и напольно-рельсовой тележки.

3. На принятых ОТК штамповках должно быть нанесено: шифр Е1227, № смены, условный номер плавки, товарный знак, клеймо ОТК.

 

 

3.8 Анализ конструкции детали “Зубчатый венец”

 

Чистовая деталь Е1188 “Зубчатый венец” является представителем класса типовых шестерен. Поковка шифра Е1188 является заказом Московского локомотивного завода, где в дальнейшем проходит чистовую обработку.

Деталь Е1188 “Зубчатый венец” используется в подвижном составе локомотива, где эксплуатируется в условиях высоких удельных усилий на зубчатое зацепление.

Деталь Е1188 “Зубчатый венец” является телом вращения ступенчатой формы. В ее состав входят следующие конструктивные элементы: ступица, полотно и обод с профилем зубчатого зацепления:

m = 10 – модуль; z = 73 – число зубьев.

Габаритные размеры:

— наружный диаметр: 751,2 мм;

— диаметр центрального отверстия: 530 мм;

— ширина зубчатого венца: 120 мм;

— ширина “носика”: 25 мм;

— масса детали: 110 кг;

Эскиз детали приведен на рисунке 3.3.

 

 

Рисунок 3.3 – Эскиз детали “Венец зубчатый”

 

Техническая характеристика детали “Венец зубчатый” представлена в таблице 1:

Таблица 1

 

1. Изготавливать согласно ГОСТ Р 51175-98 [10].

2. Допускается изготовление из стали 30ХН3А ГОСТ 4543-71.

3. Зубья калить ТВЧ по контуру НRС (51±3) с выходом закаленного слоя на торцы.

4. Перед закалкой боковые и торцовые кромки зубьев впадин скруглить R1,5. Допускается фаска 2-0,5×45° в месте скругления.

5. Допуск овальности поверхности А 0,07 мм, причем среднее значение диаметра не должно выходить за пределы допуска на диаметр.

6. Допуск торцового биения поверхности Б относительно оси поверхности А 0,08 мм на 610 мм, поверхности В 0,09 мм на 700 мм.

7. Позиционный допуск осей отверстий Г 0,03 мм.

8. Все зубья после шлифовки проверить на отсутствие трещин магнитно-порошковым методом.

9. Толщину и твердость упрочненного слоя основного металла проверять на одном венце партии.

10. Неуказанные радиусы – R5.

11. Механические свойства материала готового венца должны соответствовать таблице:

 

Механические свойства, не менее Твердость

основного

металла

НВ (НRС)

σв,

МПа (кгс/мм2) σт,

МПа (кгс/мм2) δ,% ψ,% ак,

Дж/см2 (кгс∙Н/мм2)

850 (87) 600 (61) 10 35 45 (46) 255-302

(26-31)

 

12. Обработку по размерам в [ ] производить совместно с центром колесным.

13. *Размер для справок.

14. ±IT14/2.

15. Остальные требования по ГОСТ Р 51175-98.

 

3.9 Анализ конструкции детали “Шатун”

 

Чистовая деталь Е1227 “Шатун” является представителем класса типовых длиноосных деталей. Поковка шифра Е1227 является заказом американской компании “Копер Камерун”, где в дальнейшем проходит чистовую обработку.

Деталь Е1227 “Шатун” является ответственным элементом пресса, посредством которого осуществляется передача усилия со стороны ползуна на коленчатый вал.

В состав детали Е1227 “Шатун” входят следующие конструктивные элементы: кривошипная (большая) головка, тело (стержень) и малая (ползунная) головка.

Габаритные размеры:

— наружный радиус большой головки: 130 мм;

— внутренний радиус большой головки: 105,5 мм;

— величина эксцентриситета: 6,4 мм;

— наружный диаметр малой головки: 172,5 мм;

— внутренний диаметр малой головки: 133 мм;

— большая´ толщина: 138 мм;

— меньшая´ толщина: 108,5 мм;

— масса детали: 63 кг.

 

Эскиз детали приведен на рисунке 3.4.

 

Технические требования:

 

1. Изготавливать согласно ГОСТ 19584-80 [12].

2. НВ 241…277. Разность показаний твердости в одном шатуне не должна превышать 35 ед. НВ.

3. Все шатуны после мехобработки подвергаются контролю магнитно-порошковым методом.

3. Неуказанные радиусы – R4.

4. Неуказанные штамповочные уклоны: 10º.

5. Показатели механических свойств: временное сопротивление σв ≥ 760 Н/мм2, предел текучести σт ≥ 550 Н/мм2, относительное удлинение δ ≥ 18%, относительное сужение ψ ≥ 50%, ударная вязкость ак ≥ 50 Дж/см2.

6. *Размер для справок.

7. **Размер для построения.

8. ±IT14/2.

9. Остальные требования по ГОСТ 19584-80.

 

Рисунок 3.4 – Эскиз детали “Шатун”

3.10 Характеристика материала деталей

 

Для обработки давлением применяют в основном сталь. Это связано с относительно высокими пластическими свойствами, которые определяются относительным поперечным сужением, остаточным удлинением при разрыве и ударной вязкостью в интервале ковочных температур.

 

3.10.1 Сталь 45ХН

 

Сталь 45ХН – сталь конструкционная, легированная по ГОСТ 4543 71.

Химический состав стали 45ХН [7] приведен в таблице 2.

Таблица 2

Химический состав стали 45ХН,%

 

С Mn Si Cr Ni P S Cu

не более

0,41-0,49 0,50-0,80 0,17-0,37 0,45-0,75 1,00-1,40 0,035 0,035 0,3

 

Технологические свойства [7]:

1. Температура ковки, °С: начало 1250, конца 800. Сечения до 250 мм охлаждаются на воздухе, 251-300 мм – в яме.

2. Свариваемость – трудносвариваемая. Способ сварки – ручная дуговая сварка, необходимы подогрев и последующая термообработка.

3. Склонность к отпускной хрупкости – склонна.

Механические свойства стали 45ХН [7] представлены в таблице 3.

Таблица 3

Механические свойства стали 45ХН

 

Благодаря своим свойствам сталь 45ХН нашла широкое применение во многих отраслях промышленности, чаще всего из нее изготавливают: коленчатые валы, шатуны, шестерни, шпиндели, муфты, болты и другие ответственные детали.

 

3.10.2 Сталь 40ХГМ

 

Сталь 40ХГМ – сталь конструкционная, легированная по ГОСТ 4543 71.

Химический состав стали 40ХГМ [7] приведен в таблице 4.

Таблица 4

Химический состав стали 45ХГМ,%

 

С Mn Mo Cr P S

не более

0,37-0,44 0,65-1,10 0,15-0,25 0,75-1,20 0,025 0,025

 

Технологические свойства [7]:

1. Температура ковки, °С: начало 1250, конца 800. Сечения до 250 мм охлаждаются на воздухе, 251-300 мм – в яме.

2. Свариваемость – ограниченная. Способ сварки – ручная дуговая и электрошлаковая сварка, необходимы подогрев и последующая термообработка.

3. Склонность к отпускной хрупкости – склонна.

Механические свойства стали 45ХН [7] представлены в таблице 5.

Таблица 5

Механические свойства стали 40ХГМ

 

4543-71 Пруток. Закалка 820°С, масло. 25 785 980 10 50 78 —

Благодаря своим свойствам сталь 40ХГМ нашла широкое применение во многих отраслях промышленности, чаще всего из нее изготавливают: шатуны, шестерни и другие улучшенные детали. Может применяться при температуре -80ºС (толщина стенки не более 100 мм).

 

3.11 Расчет поковки шифра Е1188

 

3.11.1 Припуски

 

Припуск – предусмотренное одностороннее увеличение размера поковки по сравнению с номинальным размером детали, обеспечивающее после обработки резанием требуемые, проставленные на чертеже размеры детали и шероховатость ее поверхностей [3].

Необходимость припусков объясняется, прежде всего, наличием у поковки дефектного поверхностного слоя и геометрических погрешностей формы поверхностей. В дефектный слой поковки входят: обезуглероженный слой; вмятины от окалины; поверхностные трещины и складки, образуемые при ковке, а также термические трещины и прочие дефекты заготовки, перенесенные на поверхность поковки [4].

На заводе ОАО ”Уральская кузница” разработана методика по изготовлению поковок под раскатку, это связано с узкой специализацией оборудования, на котором производят раскатку крупногабаритных колец разного сечения. Поэтому припуски назначаются по заводской методике:

диаметр 751,2 мм и чистота поверхности 3,2(Ra) – 6,3 мм;

диаметр 630 мм и чистота поверхности 1,6(Ra) – 6,0 мм;

диаметр 530 мм и чистота поверхности 3,2(Ra) – 6,0 мм;

толщина 120 мм и чистота поверхности 3,2(Ra) – 5,8 мм;

толщина 25 мм и чистота поверхности 3,2(Ra) – 8,3 мм (большой припуск связан со сложностью получения “носика”).

Припуск на механическую обработку включает основной, а также дополнительные припуски, учитывающие отклонения формы поковки.

Остальные размеры закрываются напусками до рассчитанных размеров.

 

3.11.2 Размеры поковки и их допускаемые отклонения

 

диаметр 751,2 + 2•6,3 = 763,8 мм, принимается 764 мм;

диаметр 630 + 2•6,0 = 618 мм, принимается 618 мм;

диаметр 530 + 2•6,0 = 518 мм, принимается 518 мм;

толщина 120+ 2•5,8 = 131,6 мм, принимается 132 мм;

толщина 25+ 2•8,3 = 41,6 мм, принимается 42 мм.

Допуск – отклонение размера поковки от номинального, обусловленное неточностью изготовления, недоштамповкой, износом ручья штампа, короблением и т. д. Допуск зависит от массы поковки, степени ее сложности, группы стали и размеров поверхностей [3].

Допуски на внутренние размеры поковок принимают с обратными знаками, что связано с уменьшением выступов в ручье штампа в результате их износа [3].

Таким образом, допускаемые отклонения размеров:

диаметр  мм;

диаметр  мм;

диаметр  мм;

толщина мм;

толщина мм.

 

3.11.3 Разработка чертежа раскатанной поковки

 

Технические требования:

1. Термообработка – нормализация при температуре (900±20)°С и отпуск (600-700)°С.

2. Твердость в состоянии поставки ≤ 207 НВ (dотп ≥ 4,2 мм), контроль твердости на 5% цельнокатаных колец от партии, но не менее чем на 5 штуках.

3. Цельнокатаные кольца IV группы ГОСТ 8479-70 [11].

4. Группа сложности – С4.

5. Допустимая величина кривизны по плоскости цельнокатаных колец до 2,5 мм.

6. Неуказанные радиусы: 8 мм.

7. Цельнокатаные кольца травить после дробеструйной очистки.

8. Качество поверхности цельнокатаных колец и удаление дефектов в соответствии с ГОСТ 8479-70.

9. Контур − − и размеры в скобках относятся к детали.

10. ∆ – базы мехобработки.

11. Испытания механических свойств проводят на одном образце на растяжение и на двух образцах на ударную вязкость, вырезанных из технологической пробы размером 80×80×200 мм, откованной и термически обработанной совместно с поковками.

12. Термообработка образцов (, □ 25 мм, волокно продольное): закалка (860±15)°С, охлаждение в масле индустриальном И20 ГОСТ 20799-75, температура масла (18-30)°С, отпуск (540±20)°С.

13. Уровень механических свойств: временное сопротивление σв ≥ 850 МПа, предел текучести σт ≥ 600 МПа, относительное удлинение δ ≥ 10%, относительное сужение ψ ≥ 30%, ударная вязкость ак ≥ 45 Дж/см2. Твердость 255…302 НВ (dотп 3,5…3,8 мм).

14. Металлопрокат, используемый для изготовления поковок, должен быть подвергнут УЗК.

15 Остальные требования по ГОСТ Р 51220-98.

Эскиз поковки Е1188 представлен на рисунке 3.5.

 

Рисунок 3.5 – Эскиз поковки шифра Е1188

 

3.11.4 Определение размеров исходной заготовки

 

Масса исходной заготовки рассчитывается по формуле:

,

(3.1)

где – масса поковки,

– масса облоя,

– масса угара.

 

Определение массы поковки:

Расчет массовых характеристик поковки и перемычки с учетом припусков произведен в программе “Solid Works 2004”, результаты расчета приведены в приложении А, на рисунке 3.6 представлен эскиз объемной поковки Е1188 в разрезе.

.

 

Рисунок 3.6 – Эскиз объемной поковки Е1188 в разрезе

Определение массы облоя:

,

(3.2)

где – объем мостика облойной канавки,

– объем канавки.

 

Необходимо определить номер облойной канавки, для этого нужно знать толщину облоя [3, стр. 65]:

,

(3.3)

принимается .

Таким образом, номер канавки № 11 [3, стр.65]:

.

 

Рисунок 3.7 – Параметры облойной канавки

 

Объем мостика облойной канавки определяется по формуле:

,

(3.4)

где – наружный диаметр полуфабриката, из формулы (2.1):

,

− степень деформации; В результате исследований, проводимых ОАО “Уральская кузница”, установлено, что оптимальные степени деформации при штамповке стали 45ХН составляют порядка 29%.

.

.

Объем канавки облоя определяется по формуле:

,

(3.5)

.

 

 

Масса угара составляет 3% от массы поковки, перемычки и облоя.

Таким образом, масса заготовки:

,

(3.6)

.

 

Принимается, что заготовка будет прокат квадратного профиля.

Для квадратного профиля сторона определяется по формуле [5, стр. 231]:

,

(3.7)

где – коэффициент, учитывающий удобство резки заготовок на

пресс-ножницах и возможность продольного изгиба,

.

 

.

Длина заготовки рассчитывается по формуле:

,

(3.8)

.

Исходя из полученных данных, выбирается сортовой прокат в виде горячекатаной штанги квадратного сечения со стороной 250 мм кратной длины (3,5 м) по ГОСТ 4693-77 [6, стр. 75].

.

 

3.11.5 Расчет операции отрезки

 

Для разделения металла на мерные заготовки требуется операция “отрезка”, которая является самой распространенной в металлообрабатывающем производстве.

Отрезка производится на кривошипных пресс-ножницах. Сортовой прокат предварительно нагревают до температуры 550…750°С для снижения усилия отрезки и уменьшения возможности образования трещин.

Усилие отрезки определяется по формуле [6, стр.175]:

,

(3.9)

где – коэффициент, зависящий от схемы отрезки и скорости

деформирования, [6, табл.8, стр.175];

– предел прочности стали 45ХН при температуре 550°С,

[7];

– площадь поперечного сечения штанги, .

 

.

По расчетному усилию и квадратному сечению разрезаемого проката выбирается модель кривошипных пресс-ножниц.

Техническая характеристика кривошипных пресс-ножниц Н 1546 представлена в п. 4.2.

Формула (3.10) предусмотрена для отрезки стали 45, т.к. разрезается сталь 45ХН необходимо провести проверку – разрежут кривошипные пресс-ножницы данный сортовой прокат:

,

(3.10)

где – максимально допустимая разрезаемая толщина для

пресс-ножниц усилием 40 МН (см. п. 4.2),

.

 

.

Из проверки видно, что кривошипные пресс-ножницы Н1546 усилием 40 МН разрежут сортовой прокат в виде горячекатаной штанги квадратного сечения со стороной 250 мм.

 

3.11.6 Расчет операции осадки

 

Осадка – основная кузнечная операция, при которой увеличиваются размеры поперечного сечения исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты.

Осадка производится с целью приблизить размеры исходной заготовки к размерам поковки и тем самым снизить работу деформации.

С учетом того, что осаженная заготовка по размерам должна приближаться к размерам поковки, и по высоте не должна быть слишком низкой во избежание быстрого ее охлаждения, ее следует осадить до высоты .

Диаметр осаженной заготовки находится из условия постоянства объема (см. п. 2.2):

,

,

откуда:

,

(3.11)

.

 

Рисунок 3.8 – Схема операции осадки

 

Осадка будет производиться на ковочном молоте, масса падающих частей которого определяется по формуле [6, стр. 441]:

,

(3.12)

где – напряжение текучести стали 45ХН при температуре

осадки (см. п. 3.6), приближенно, равное пределу

прочности при той же температуре, [8];

– степень деформации за последний удар, .

 

.

Таким образом, для осадки заготовки используется паровоздушный ковочный молот двойного действия с массой падающих частей 6 т, техническая характеристика которого представлена в п. 4.1.1.

 

 

 

3.11.7 Определение размеров полуфабриката

 

Расчет размеров полуфабриката поковки (размеры после штамповки):

Ширина полуфабриката при открытой раскатке принимается равной ширине раскатанного кольца: .

С учетом допускаемых отклонений, .

Эскиз полуфабриката поковки Е1188 представлен на рисунке 3.9.

 

Рисунок 3.9 – Эскиз полуфабриката поковки Е1188

 

Наружный диаметр полуфабриката рассчитан в п. 3.11.4. С учетом допускаемых отклонений,

Расчет внутреннего диаметра полуфабриката:

,

(3.13)

.

С учетом допускаемых отклонений, .

Диаметр центрального отверстия:

(см. п. 3.4). С учетом допускаемых отклонений, .

Толщина перемычки рассчитывается по формуле [13, стр. 25]:

,

(3.14)

; из конструктивных соображений принимается .

 

3.11.8 Расчет операции штамповки

 

Объемная штамповка заключается в формоизменении заготовки в штампах под действием внешних сил.

Штамповку будут производить в торец в открытом ручье с облойной канавкой. Температура заготовки перед штамповкой 1100°С.

Масса падающих частей штамповочного молота определяется по формуле [3, стр.145]:

,

(3.15)

где – предел прочности при температуре 1100°С, .

 

.

Таким образом, для штамповки полуфабриката используется паровоздушный штамповочный молот двойного действия с массой падающих частей 16 т, техническая характеристика которого представлена в п. 4.1.2.

 

3.11.9 Определение усилия обрезки облоя и пробивки перемычки

 

Обрезка облоя и пробивка отверстия производятся в горячем состоянии при температуре 800°С в обрезном штампе.

При одновременной обрезке облоя и пробивке отверстия общее усилие находится по формуле [3, стр. 482]:

,

(3.16)

где – усилие обрезки облоя;

– усилие пробивки перемычки.

 

 

Усилие обрезки облоя определяется по формуле [3, стр.482]:

,

(3.17)

где – периметр среза, ;

– действительная толщина среза, ;

определяется графически по линии среза облоя (см. рис. 3.7),

;

− возможная недоштамповка, которую принимают равной

положительному допуску на размер полуфабриката по

высоте, ;

− предел прочности стали 45ХН при температуре 800°С,

[7].

 

.

 

Усилие пробивки отверстия определяется по формуле [3, стр.482]:

,

(3.18)

где – периметр среза, ;

– действительная толщина среза, ;

определяется графически по линии среза перемычки (см. рис.

3.6),

;

− возможная недоштамповка, которую принимают равной

положительному допуску на размер полуфабриката по

высоте, ;

– износ выступа под наметку в штампе, ;

− предел прочности стали 45ХН при температуре 800°С,

[7].

 

.

 

Таким образом, общее усилие:

.

Обрезные прессы закрепляют за штамповочными молотами исходя из следующего соотношения: усилие обрезного пресса должно быть равно [3, стр.482]:

,

(3.19)

где – масса падающих частей штамповочного молота.

 

.

Таким образом, для обрезки облоя и пробивки перемычки полуфабриката используется однокривошипный пресс простого действия усилием 16МН К9542 А, техническая характеристика которого представлена в п. 4.1.3.

 

3.11.10 Расчет операции раскатки

 

Данная операция является наиболее трудоемкой и ответственной.

Расчет будет вестись по методике, представленной в учебнике [3,стр. 404-405].

При открытой раскатке усилие нажимного валка может быть определено на основании расчета средних давлений и на контактных поверхностях полуфабриката с наружным и внутренним валками.

Экспериментально установлено, что в подавляющем большинстве случаев для нормально протекающего процесса деформирования необходимо, чтобы обжатие за один оборот кольцевого полуфабриката обеспечивало относительную деформацию его стенки:

,

(3.20)

где – средняя толщина стенки полуфабриката, ;

– площадь сечения полуфабриката,

.

 

.

.

Исходя из того, что оптимальная степень деформации при ОМД у стали 45ХН составляет 29%, то необходимо произвести 4…6 оборота кольцевого полуфабриката при раскатке.

Из формулы (3.17) находится :

.

Продольное сечение очага деформации при раскатке характеризуется двумя показателями:

,

(3.21)

где и – соответственно меньшая и большая длина контакта

инструмента с раскатываемым полуфабрикатом.

Определение длин контакта производят по формулам:

,

.

(3.22)

,

 

(3.23)

где и – радиусы внутреннего и наружного валков, ,

;

и – внутренний и наружный радиусы кольца, ,

;

 

.

Тогда длины контакта:

;

.

Показатели очага деформации:

,

.

При средние удельные давления на контактных поверхностях рассчитывают по формулам:

,

,

 

(3.24)

где – напряжение текучести материала на сдвиг,

 

Усилие раскатки:

.

(3.25)

.

Применение для раскатки колец определенного стана определяется в зависимости от таких параметров, как:

• максимальное усилие нажимного валка;

• наибольший и наименьший диаметр прокатываемых колец;

• наименьшее отверстие полуфабриката;

• наибольший вес полуфабриката.

По данным параметрам полуфабриката подходит кольцепрокатный стан КПС 750, его характеристики приведены в п. 4.1.4.

 

 

3.11.11 Расчет коэффициентов эффективности использования металла

 

Коэффициент точности поковки:

.

(3.26)

Коэффициент точности заготовки:

.

(3.27)

Коэффициент использования материала:

.

(3.28)

 

Коэффициенты использования металла в существующем процессе:

;

;

.

Коэффициенты использования металла в предлагаемом процессе:

;

;

.

При сравнении коэффициентов видно, что предлагаемый технологический процесс наиболее рациональнее и целесообразнее, чем существующий.

 

3.12 Расчет поковки шифра Е1227

 

3.12.1 Определение исходного индекса

 

Определение исходного индекса необходимо для последующего назначения припусков, кузнечных напусков, допусков и допускаемых отклонений.

Он определяется по ГОСТ 7505-89 [9] в зависимости от массы, марки материала детали, а также от степени сложности и точности поковки.

Масса поковки: .

Класс точности поковки: Т4 – для паровоздушных молотов.

Степень сложности поковки: С4 – для поковок с тонким стержневым элементом, каковым является стержень шатуна.

Группа материала: М2 [9, табл. 1, стр.8].

 

Таким образом, используя диаграмму [9, табл. 2], по ГОСТ 7505-89 исходный индекс соответствует 16.

 

3.12.2 Припуски

 

Припуск – предусмотренное одностороннее увеличение размера поковки по сравнению с номинальным размером детали, обеспечивающее после обработки резанием требуемые, проставленные на чертеже размеры детали и шероховатость ее поверхностей [3].

Необходимость припусков объясняется, прежде всего, наличием у поковки дефектного поверхностного слоя и геометрических погрешностей формы поверхностей. В дефектный слой поковки входят: обезуглероженный слой; вмятины от окалины; поверхностные трещины и складки, образуемые при ковке, а также трещины, волосины и прочие дефекты заготовки, перенесенные на поверхность поковки [4].

Припуск на механическую обработку включает основной, а также дополнительные припуски, учитывающие отклонения формы поковки.

Основные припуски на размеры детали [10, табл. 3, стр.12]:

диаметр 133 мм и чистота поверхности 1,6(Ra) – 2,7 мм;

радиус 105,5 мм и чистота поверхности 1,6(Ra) – 1,5 мм;

толщина 108,5 мм и чистота поверхности 3,2(Ra) – 3,2 мм;

толщина 138 мм и чистота поверхности 3,2(Ra) – 3,5 мм.

Дополнительные припуски, учитывающие смещение по поверхности разъема штампа [9, табл.4, стр. 4]:

диаметр 131 мм – 0,6 мм;

радиус 103,5 мм – 0,3 мм.

Дополнительные припуски, учитывающие отклонения от прямолинейности [10, табл. 5, стр.4]:

толщина 110,5 мм – 0,8 мм;

толщина 140 мм – 0,8 мм.

Дополнительные припуски, учитывающие применение пламенного нагрева при изготовлении поковки, равные 1 мм [9, п.4.8].

Дополнительные припуски, учитывающие отклонение межцентрового расстояния на размер 431,8 мм [9, табл. 6, стр. 15] – 1,6 мм.

 

 

3.12.3 Кузнечные напуски

 

Кузнечный напуск – дополнительный объем металла (слой) на обрабатываемых и необрабатываемых частях поверхности поковки, необходимый для осуществления формоизменяющих операциях [9].

Напуски назначаются на заранее невыполнимые элементы: проточки, выточки, крепежные отверстия, зубчатые профили, шлицевые и шпоночные пазы [4].

К напускам относятся штамповочные уклоны и наметки под пробивку. Штамповочные уклоны облегчают удаление поковки из ручья штампа.

Для штамповочных молотов штамповочные уклоны не должны превышать величин [9, табл.18, стр. 26]:

на наружной поверхности − 7°, принимаем 7°;

на внутренней поверхности 10°, принимаем 10°.

У изготовленных на штамповочных молотах поковках, имеющих элементов в виде ребра, выступа, допускается штамповочный уклон до 10° на внешней поверхности и до 12° на внутренней по [9, п. 6.2].

Необходимо определить толщину перемычек:

,

(3.29)

где – наибольший линейный размер поковки,

.

 

, из конструктивных соображений принимается .

 

3.12.4 Размеры поковки и ее допускаемые отклонения

 

диаметр 133 – 2•(1 + 2,7 + 0,6) = 124,4 мм, принимается 124 мм;

радиус 105,5 – 2•(1 + 1,5 +0,3) = 99,9мм, принимается 100 мм;

толщина 108,5 + 2•(1 + 3,2 + 0,8) = 118,3 мм, принимается 118,5 мм;

толщина 138+ 2•(1 + 3,5 + 0,8) = 148,6 мм, принимается 148,5 мм.

Допуск – отклонение размера поковки от номинального, обусловленное неточностью изготовления, недоштамповкой, износом ручья штампа, короблением и т. д. Допуск зависит от массы поковки, степени ее сложности, группы стали и размеров поверхностей [3].

Допуски на внутренние размеры поковок принимают с обратными знаками, что связано с уменьшением выступов в ручье штампа в результате их износа [3].

Таким образом, допускаемые отклонения размеров:

диаметр  мм;

диаметр  мм;

радиус мм;

толщина мм;

толщина мм;

толщина мм;

толщина мм.

 

 

 

 

3.12.5 Разработка чертежа поковки

 

Технические требования:

1. Термообработка – нормализация и закалка с отпуском.

2. Твердость в состоянии поставки 241…277 НВ (dотп ≥ 3,9…3,65 мм), контроль твердости на 100% штампованных поковок от партии.

3. Поковка разработана по ГОСТ 7505-89:

3.1 Степень сложности: С4;

3.2 Группа стали: М2;

3.3 Класс точности: Т4;

3.4 Конфигурация поверхности разъема: П;

3.5 Исходный индекс: 16.

4. Неуказанные радиусы: 4 мм;

5. Неуказанные штамповочные уклоны: ; .

6. Радиусы, не имеющие допусков, не контролируются.

7. Допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа до 1,6 мм.

8. Допускаемая величина остаточного облоя до 1,4 мм.

9. Допускаемая величина разнотолщиности до 1,5 мм.

10. Допускаемое отклонение от плоскостности до 2,0 мм.

11. Несоосность пробитых отверстий 95 мм и 167 мм относительно базовой поверхности до 2,0 мм.

12. Поковки травить только после дробеструйной очистки.

13. После операции травления поковки подвергают контролю магнитно-порошковым методом по ASTMA275 на соответствие спецификации С70.

14. На поверхности поковок допускаются дефекты типа вмятин от окалины, забоины, а также на обрабатываемых поверхностях допускается удаление дефектов пневмомолотами глубиной до 2,4 мм от номинального размера. На чертеже они обозначены буквой “Г”. Зачистку всех дефектов проводить вдоль оси шатуна.

15. Поковки группы IV по ГОСТ 8479-70.

16. Испытания механических свойств проводят на двух образцах, вырезанных по техкарте испытаний, на растяжение (12,5 мм), вырезанных из технологической пробы размером □ 100 мм и длиной не менее 180 мм, откованной по режиму, аналогичному поковкам, и термически обработанной с поковками данной партии-садки.

17. Уровень механических свойств: временное сопротивление σв ≥ 78 кгс/мм2, предел текучести σт ≥ 56 кгс/мм2, относительное удлинение δ ≥ 18%, относительное сужение ψ ≥ 50%.

18. Маркировать: шифр, условный номер плавки, смену.

19. Маркировать полный номер плавки.

20. Маркировать порядковый номер поковки (0001).

21. Маркировка наносится при обрезке глубиной до 1,5 мм. Читаемость знаков в одном направлении.

22. Поковки подвергаются консервации по методике поставщика.

23. *Размер для справок.

24. **Размер для построения.

Эскиз поковки шифра Е1227 представлен на рисунке 3.10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.10 – Эскиз поковки шифра Е1227

 

 

 

3.12.6 Определение размеров исходной заготовки

 

Масса исходной заготовки рассчитывается по формуле 3.1.

 

Определение массы поковки:

Расчет массовых характеристик поковки и перемычек с учетом припусков произведен в программе “Solid Works 2004”, результаты расчета приведены в приложении Б, на рисунке 3.11 представлен эскиз объемной поковки Е1227.

.

 

Рисунок 3.11 – Эскиз объемной поковки Е1227 в разрезе

 

Масса облоя рассчитывается в программе “Solid Works 2004”.

Необходимо определить номер облойной канавки, для этого нужно знать толщину облоя [3, стр. 65]:

,

(3.30)

где − площадь проекции поковки на разъем штампа,

(см. приложение Б).

 

принимается .

Таким образом, номер канавки № 9 [3, стр.65]:

.

 

 

Рисунок 3.12 – Параметры облойной канавки

 

Результаты расчета массовых характеристик облоя приведены в приложении В, на рисунке 3.13 представлен эскиз объемного облоя поковки Е1227.

.

 

Масса угара составляет 3% от массы поковки, перемычки и облоя.

Таким образом, масса заготовки по формуле 3.6:

.

 

 

Рисунок 3.13 – Эскиз объемного облоя поковки Е1227

 

Принимается, что заготовка будет прокат квадратного профиля.

Для квадратного профиля сторона определяется по формуле 3.7, причем :

.

Длина заготовки рассчитывается по формуле 3.8:

.

Исходя из полученных данных, выбирается сортовой прокат в виде горячекатаной штанги квадратного сечения со стороной 215 мм немерной длины по ГОСТ 2591-71 [6, стр. 75].

.

 

3.12.7 Расчет операции отрезки

 

Отрезка производится на кривошипных пресс-ножницах. Сортовой прокат предварительно нагревают до температуры 550…750°С для снижения усилия отрезки и уменьшения возможности образования трещин.

Усилие отрезки определяется по формуле 3.9:

.

По расчетному усилию и квадратному сечению разрезаемого проката выбирается модель кривошипных пресс-ножниц.

Техническая характеристика кривошипных пресс-ножниц Н 1546 представлена в п. 4.2.

Формула 3.10 предусмотрена для отрезки стали 45, т.к. разрезается сталь 45ХН необходимо провести проверку – разрежут кривошипные пресс-ножницы данный сортовой прокат:

.

Из проверки видно, что кривошипные пресс-ножницы Н1546 усилием 40 МН разрежут сортовой прокат в виде горячекатаной штанги квадратного сечения со стороной 215 мм.

 

 

3.12.8 Расчет операции осадки по радиусу с протяжкой

 

Операция осадка по радиусу с протяжкой проводится при температуре 1250…1200°С согласно существующему технологическому процессу изготовления поковки Е1227 на паровоздушном ковочном молоте двойного действия с массой падающих частей 6 т. Данная операция проводится с целью приблизить размеры заготовки к размерам поковки.

На рисунке 3.13 представлен эскиз заготовки Е1227 при осадке по радиусу с протяжкой по переходам.

 

 

Рисунок 3.13 – Эскиз заготовки Е1227 при осадке по радиусу с протяжкой по переходам

 

3.12.9 Расчет операции штамповки

 

Штамповку будут производить в плашмя в открытом ручье с облойной канавкой. Температура заготовки перед штамповкой 1250°С.

Масса падающих частей штамповочного молота определяется по формуле [3, стр.145]:

,

(3.31)

где – предел прочности при температуре 1100°С, ,

– приведенный диаметр поковки,

;

– средняя ширина поковки в плане,

.

 

.

Таким образом, для штамповки полуфабриката используется паровоздушный штамповочный молот двойного действия с массой падающих частей 16 т.

 

3.12.9 Расчет операции обрезки облоя и пробивка перемычек

 

Обрезка облоя и пробивка отверстия производятся в горячем состоянии при температуре 800°С в обрезном штампе.

При одновременной обрезке облоя и пробивке отверстия общее усилие находится по формуле (3.16).

 

Усилие обрезки облоя определяется по формуле (3.17):

,

 

где – периметр среза,

– действительная толщина среза, ;

определяется графически по линии среза облоя (см. рис. 3.12),

;

− возможная недоштамповка, которую принимают равной

положительному допуску на размер поковки по высоте,

;

− предел прочности стали 45ХН при температуре 800°С,

[7].

 

.

 

Усилие пробивки отверстий определяется по формуле (3.18):

,

 

(3.32)

где – периметр среза, ;

; ;

– действительная толщина среза, ;

определяется графически по линии среза перемычки,

;

− возможная недоштамповка, которую принимают равной

положительному допуску на размер поковки по высоте,

;

– износ выступа под наметку в штампе, ;

− предел прочности стали 45ХН при температуре 800°С,

[7].

 

.

.

.

Таким образом, общее усилие:

.

Обрезные прессы закрепляют за штамповочными молотами исходя из следующего соотношения: усилие обрезного пресса должно быть равно (3.19):

.

Таким образом, для обрезки облоя и пробивки перемычек поковки используется однокривошипный пресс простого действия усилием 16МН К9542 А, техническая характеристика которого представлена в п. 4.1.3.

 

3.12.10 Расчет операции правки

 

Поковки в процессе штамповки подвергаются искривлению, а в некоторых случаях происходит смятие выступающих ребер и бобышек.

Искривление поковок происходит главным образом при обрезке облоя и пробивке отверстий в результате неплотного прилегания опорной к поверхности поковки. У поковок с вытянутой осью стрела прогиба увеличивается с ростом отношения длины поковки к ее средней высоте .

Правку необходимо назначать в тех случаях, когда величина искривления превышает допуск на размеры поковки.

Необходимое усилие правки определяется по формуле [3, стр. 524]:

,

(3.33)

где – усилие обрезки облоя.

 

.

Правка осуществляется в совмещенном штампе на однокривошипном прессе простого действия усилием 16МН К9542 А.

 

3.12.11 Расчет коэффициентов эффективности использования металла

 

Коэффициенты рассчитываются по формулам 3.26, 3.27, 3.28:

 

Коэффициенты использования металла в существующем процессе:

;

;

.

Коэффициенты использования металла в предлагаемом процессе:

;

;

.

При сравнении коэффициентов видно, что предлагаемый технологический процесс наиболее рациональнее и целесообразнее, чем существующий.

 

3.13 Технологические параметры операций

 

3.13.1 Требования к исходным заготовкам из сталей 45ХН и 40ХГМ

 

При изготовлении поковок применять кованые или горячекатаные заготовки без термической обработки.

Прутки резать на мерные заготовки на кривошипных пресс-ножницах усилием от 5,5 МН до 40 МН, дисковых пилах и анодно-механических станках. Разделку заготовок методом рубки при свободной ковке не допускается.

Качество поверхности должно соответствовать требованиям группы 2 ГОСТ 4543-71.

 

3.13.2 Нагрев заготовок под ковку и штамповку

Температурные режимы нагрева заготовок под деформацию ковкой и штамповкой представлены в п.3.10.1 и 3.10.2. Для стали 45ХН интервал ковочных температур 1200…800°С; для стали 40ХГМ − 1250…800°С.

Нагрев металла для ковки-штамповки ведется в газовых камерных, полуметодических и карусельных печах. Камерные печи применяются широко по причине широкой номенклатуры выпускаемых поковок и малой их серийности. Печь представляет собой камеру, в которой по всему рабочему объему одинаковая температура. Заготовки загружаются и выгружаются из одного окна, закрываемого специальной заслонкой. При загрузке регламентируется и указывается в техкарте количество заготовок в печи.

Молоты с ВПЧ до 10 т. обслуживаются полуметодическими печами, имеющими зону загрузки, зону нагрева и зону выгрузки заготовок. Заготовки укладываются на поддоны, скобы и непосредственно на под печи и проталкиваются через все зоны специальным толкателем. Количество заготовок на поддон и количество указываются в техкарте

Основные требования при нагреве металла и охлаждении поковок и заготовок всех марок сталей и сплавов изложены в заводских стандартах по нагреву и охлаждению и техкартах.

Режим нагрева – это прежде всего нагрев под штамповку, температура конца штамповки, время нагрева, время выдержки при ковочной температуре (время необходимого подогрева металла) и время общего пребывания, т.е. максимальное время нахождения заготовок при ковочной температуре.

Режимы нагрева и охлаждения подлежат контролю со стороны отдела технического контроля с оформлением специальной формы документов.

Нагревательные печи всех типов оборудованы приборами автоматического контроля режима нагрева металла (термопары с выводом на самопишущий прибор), установленными в различных зонах. Печи подлежат обязательной проверке со стороны службы КИП (контрольно-измерительные приборы) на их пригодность.

Заготовки для нагрева под ковку и штамповку загружать только в разогретую до 350 0С (не ниже) печь.

Поковки и штамповки после деформации охлаждать на воздухе.

Время нагрева заготовок под деформацию устанавливать в зависимости от диаметра или толщины заготовки по следующему расчету:

1. для заготовок диаметром или толщиной до 100 мм — 1,0…1,2 мин на каждый миллиметр диаметра или толщины;

2. для заготовок диаметром или толщиной более 100 мм — 0,8…1,0 мин на каждый миллиметр диаметра или толщины.

 

3.14 Проектирование техоснастки для изготовления поковки шифра Е1188

 

Операции формоизменения осуществляются в следующем порядке: свободная осадка заготовки, затем молотовая штамповка полуфабриката, после чего обрезка облоя и пробивка отверстия полуфабриката, и окончательная операция – раскатка. Ниже представлена техоснастка для этих операций.

 

3.14.1 Оснастки для свободной осадки

 

Осадку ведут на гладких бойках. Материал бойков: Сталь 5ХНМ.

 

3.14.2 Проектирование молотового штампа для полуфабриката Е1188

 

Для штамповки полуфабриката Е1188 используется открытый молотовой штамп с одним окончательным ручьем, который будет расположен непосредственно в центре штампа.

Целый молотовой штамп состоит из верхнего и нижнего кубика. Нижний кубик устанавливается на подкладной плите, которая устанавливается на шабот, а верхний кубик крепится к бабе молота.

При штамповке поковки в открытом молотовом штампе по линии разъема верхней и нижней частей штампа образуется облой. Параметры облойной канавки приведены в п.3.11.4 данного проекта.

 

Гравюра штампа проектируется с учетом того, что горячая поковка на 1,5% большие размеры, чем холодная, поэтому ручей штампа проектируется по чертежу горячей поковки.

В штампе предусматривается замок, так как во время штамповки могут возникнуть усилия, сдвигающие одну половину штампа относительно другой из-за неточности укладки заготовки в окончательном ручье.

Диаметр замка определяется по формуле:

,

(3.34)

где – радиус горячей поковки,

;

и – ширина заусенечного мостика и магазина облойной

канавки, , .

 

.

 

Исходя из выбирается диаметр замка и параметры:

; ; ; ; ; , , , .

 

Рисунок 3.14 − Эскиз и параметры замка

 

С боковых сторон штампа выполняются выемки под клещи, которые удерживают заготовку за облой при её удалении из ручья.

Хвостовики верхнего и нижнего штампов выбраны в соответствии с номинальной МПЧ молота. Размеры хвостовиков на молот с МПЧ 16 т представлены на рис. 3.15. Хвостовики крепятся к бабе молота и подкладной плите с помощью клиньев. Размеры верхних и нижних клиньев определяется в соответствии с ГОСТ 13983-80.

Детали крепления штампов и их размеры выбраны в соответствии с номинальной МПЧ молота и приведены на рисунках 3.16, 3.17, 3.18.

 

 

 

Рисунок 3.15 − Поперечные размеры хвостовиков и паза под шпонку

 

Таблица 6

Размеры хвостовиков верхнего и нижнего штампов на молот с МПЧ 16 т.

 

МПЧ молота, т В, мм (поле допуска Н11) b, мм h, мм l, мм

26 400-0,4 90 60 115+0,8

 

 

 

Рисунок 3.16 − Размеры шпонки

 

Материал шпонки – сталь 45.

Таблица 7

Размеры шпонки

 

МПЧ молота, т h, мм l, мм , мм

b, мм , мм

 

16 80 132 100 148 75

 

 

 

Рисунок 3.17 − Поперечные размеры верхнего и нижнего клиньев

 

Материал клиньев – сталь 45.

Таблица 8

Размеры верхнего и нижнего клиньев

 

МПЧ молота, т h, мм b (поле допуска h12), мм

16 80 61,5

 

 

 

Рисунок 3.18 − Размеры прокладок для регулирования штампов

 

Материал прокладок – сталь 45.

Таблица 9

Размеры прокладок для регулировки штампов

 

МПЧ молота, т b, мм s, мм l, мм

16 64 3 80

 

Определение габаритов кубиков штампа:

Максимальная ширина кубика определяется по формуле:

,

(3.35)

где – расстояние между направляющими в свету молота,

(см. п. 4.1.2).

 

.

Минимальная ширина кубика определяется по формуле:

,

(3.36)

.

Минимальная высота кубика определяется по формуле:

,

(3.37)

где – минимальная высота штампа,

(см. п. 4.1.2).

.

 

Таким образом, размеры кубика: , весом .

 

Необходимо проверить штамп на смятие [3, стр. 144].

Площадь соударения штампа не должна быть меньше допустимой. Её величина зависит от массы падающих частей молота и массы штампа.

Средние штампы закаливают до меньшей твердости, чем мелкие штампы, а относительная площадь соударения у них должна быть больше. Наибольшая относительная площадь соударения предусматривается у крупных штампов (МПЧ>4т).

Для крупных штампов принимают площадь соударения не менее 450см2 на 1т массы падающих частей молота, т.е.:

,

(3.38)

где – масса падающих частей молота, т.

 

.

Для данного кубика площадь соударения определяется по формуле:

,

(3.39)

где – площадь кубика, ;

– площадь замка, .

 

.

Полученная площадь соударения удовлетворяет условиям (3.36):

 

Материал молотового штампа – штамповая сталь 5ХНМ

ГОСТ 5950 — 2000.

Твердость частей блока: рабочей – НВ 302…340; опорной – НВ 285…321. Также при изготовлении штампов обязательно проводят термообработку материала, из которого штамп изготовляется. Сталь 5ХНМ закаливают при температуре 830-860°С, средой закалки материала является масло.

 

3.14.3 Проектирование обрезного штампа для полуфабриката Е1188

 

Обрезка облоя и пробивка отверстия будет осуществляться в горячем состоянии в обрезном штампе при температуре 800°С. Обрезной штамп имеет высокую производительность обрезки облоя и пробивки отверстия, что позволяет выдерживать на обрезных прессах ритм работы, совпадающий со штамповочным оборудованием.

Наиболее распространенной конструкцией совмещенных штампов для обрезки облоя и пробивки перемычек у круглых в плане поковок являются штампы с выталкивателем на тягах с коромыслом и расположением матрицы и пробивного пуансона в нижней плите штампа.

 

Размер зазора между пуансоном и матрицей при обрезке облоя зависит от формы и размеров сечений поковки в плоскости, перпендикулярной к разъему. Зазор оказывает большое влияние на качество и точность поверхности среза, изнашивание и стойкость штампа, величину потребного усилия и работы обрезки.

Величину зазора между пуансоном и режущим контуром матрицы (рисунок 3.19) определяется по таблице 1 [3, стр. 483]: , .

 

 

Рисунок 3.19 – Схема взаимного расположения матрицы, пуансона и горячей поковки Е1188

 

Цифрами на схеме обозначены:

 

1 – обрезная матрица;

2 – пуансон;

3 – горячая поковка Е1188.

 

Расчет элементов штампа для обрезки-пробивки по высоте производится по формулам [4, стр. 529-531]. Схема обрезного штампа совмещенного действия изображен на рисунке 3.20.

Закрытая высота штампового пространства определяется по формуле:

,

(3.40)

где – наибольшее расстояние между столом пресса и

ползуном в его нижнем положении, .

 

.

Закрытая высота штампа определяется по формуле:

,

(3.41)

где – толщина подкладной плиты пресса, .

 

.

Величина сдвига поковки:

,

(3.42)

где – толщина срезаемого облоя, ;

– толщина срезаемой перемычки, .

 

.

Высота пуансона определяется по формуле:

,

(3.43)

где – толщина верхней плиты, ;

− толщина нижней плиты, ;

− толщина матрицы, ;

− размер поковки от поверхности прилегания ее к пуансону

до линии разъема, .

 

.

Высота стойки с прошивником определяется по формуле:

,

(3.44)

где − толщина башмака, ;

− расстояние от линии разъема до линии начала среза

перемычки, ;

− глубина выточки в нижней плите под стойку, .

 

.

Высота прошивника определяется по формуле:

,

(3.45)

.

Ход траверсы определяется по формуле:

,

(3.46)

где − толщина траверсы, ;

− толщины плиты для матрицы, ;

− зазор между траверсой и нижней плоскостью плиты

матрицы, .

 

.

Высота выталкивателя определяется по формуле:

,

(3.47)

где − высота подъема поковки при выталкивании над режущей

плоскостью матрицы, − для гладких

поковок со стороны выталкивателя, ;

− глубина выточки в траверсе под выталкиватель,

;

− размер поковки от поверхности прилегания ее к

выталкивателю до линии разъема, .

 

.

Длина скобы определяется по формуле:

,

(3.48)

где − зазор между нижней поверхностью тяги и

траверсой, мм;

− зазор между верхней плитой и верхней

плоскостью скобы, мм.

 

.

Длина свободного хода скобы определяется по формуле:

,

(3.49)

где − толщина скобы, .

 

.

Длина свободного хода тяги определяется по формуле:

,

(3.50)

где − ход ползуна пресса, .

 

.

Длина тяги определяется по формуле:

,

(3.51)

.

Минимальное расстояние между пуансоном и матрицей определяется по формуле:

,

(3.52)

.

 

Обрезной штамп работает следующим образом:

Поковка в горячем состоянии 1 укладывается на выталкиватель 2. При ходе верхней половины штампа вниз, пуансон 3 толкает поковку 1 и обрезная матрица 4 срезает облой, а прошивник 5 прошивает отверстие. После этого поковка 1 выталкивается выталкивателем 2 и напольно-рельсовая машина, захватывая ее клещами, сбрасывает в тару. Затем из штампа рабочий удаляет облой и выдра.

Выбираются материалы рабочих частей обрезного штампа [3, стр. 561].

Матрица, пуансон и прошивень – сталь 8Х3, твердость НВ 363-415.

Все детали обрезного штампа делятся на:

1. Унифицированные детали (винты, болты, гайки, шайбы).

2.Нормализованные детали (башмак, матрица, траверса, скоба, стойка).

Пуансон и выталкиватель не унифицируются, а конструируются индивидуально.

 

Рисунок 3.20 – Схема обрезного штампа.

 

Цифрами на схеме обозначены:

 

1 – горячая поковка;

2 – выталкиватель;

3 – пуансон;

4 – обрезная матрица;

5 – прошивень.

 

 

3.14.4 Оснастка для раскатки

 

Раскатка полуфабриката Е1188 производится на кольцепрокатном стане КПС 750. В качестве техоснастки выступают приводной и нажимной валки (см. рисунок 3.1). Материал валков – Сталь 5ХНМ.

 

3.15 Проектирование техоснастки для изготовления поковки шифра Е1227

 

3.15.1 Оснастка для осадки по радиусу с протяжкой

 

Осадку по радиусу с протяжкой ведут на фасонных бойках В 910/911. Материал бойков: Сталь 5ХНМ. На рисунке 3.21 представлен эскиз фасонных бойков В 910/911.

 

 

Рисунок 3.21 – Поперечные размеры фасонных бойки В 910/911

3.15.2 Проектирование молотового штампа

 

Для штамповки поковки Е1227 используется открытый молотовой штамп с предварительным и окончательным ручьем, которые расположены следующим образом (см. рис. 3.22): .

Целый молотовой штамп состоит из верхнего и нижнего кубика. Нижний кубик устанавливается на подкладной плите, которая устанавливается на шабот, а верхний кубик крепится к бабе молота.

 

 

Рисунок 3.22 – Схема расположения штамповочных ручьев относительно центра штампа

Цифрами на схеме обозначены:

 

1 – предварительный ручей;

2 – окончательный ручей;

3 – центр штампа.

 

Чистовой ручей штампа проектируется по чертежу горячей поковки, размеры которой увеличены на 1,5% по сравнению с холодной поковкой. Предварительный ручей штампа проектируется следующим образом: линейные размеры горячей предварительной поковки меньше на 1…2 мм, чем размеры горячей поковки. Высотные размеры определяются с учетом, что . Таким образом, высотные размеры:

.

В результате после предварительного ручья в чистовом поковку получают осаживанием, что в свою очередь облегчает операцию штамповки.

 

В штампе предусматриваются направляющие шпильки (см. рис 3.23), так как во время штамповки могут возникнуть усилия, сдвигающие одну половину штампа относительно другой из-за неточности укладки заготовки в окончательном и предварительном ручье.

.

 

Рисунок 3.23 − Эскиз направляющей шпильки

 

Хвостовики верхнего и нижнего штампов выбраны в соответствии с номинальной МПЧ молота. Размеры хвостовиков на молот с МПЧ 16 т представлены в 3.14.2. Хвостовики крепятся к бабе молота и подкладной плите с помощью клиньев. Детали крепления штампов и их размеры выбраны в соответствии с номинальной МПЧ молота и приведены п. 3.14.2.

Определение габаритов кубиков штампа выполнено в п. 3.14.2.

Таким образом, размеры кубика: , весом .

Необходимо проверить штамп на смятие, см. п. 3.14.2.

Для данного кубика площадь соударения определяется по формуле:

,

(3.53)

где – площадь кубика, ;

– площадь проекции горячей поковки на разъем

штампа, ;

– площадь проекции горячей поковки на разъем

штампа, ;

– площадь шпильки, .

 

.

 

Полученная площадь соударения удовлетворяет условиям (3.36):

 

Материал молотового штампа – штамповая сталь 5ХНМ

ГОСТ 5950 — 2000.

Твердость частей блока: рабочей – НВ 302…340; опорной – НВ 285…321. Также при изготовлении штампов обязательно проводят термообработку материала, из которого штамп изготовляется. Сталь 5ХНМ закаливают при температуре 830-860°С, средой закалки материала является масло.

 

3.15.3 Проектирование обрезного штампа

 

Обрезка облоя пробивка отверстия и правка будет осуществляться в горячем состоянии в совмещенном штампе при температуре 800°С.

Наиболее распространенной конструкцией совмещенных штампов для обрезки облоя, пробивки перемычек и правки у поковок типа шатуна являются штампы с правочной матрицей, располагающей на тарельчатых пружинах, и расположением обрезной матрицы и пробивного пуансона в нижней плите штампа.

Уровень прошивника расположен ниже режущей плоскости матрицы на величину, равную 1…2 мм + толщина реза, что предопределяет последовательность операций – обрезка, пробивка, правка.

Расчет элементов штампа для обрезки-пробивки-правки по высоте производится по формулам, аналогичным в п. 3.14.3. Схема совмещенного штампа изображена на рисунке 3.24.

Закрытая высота штампового пространства определяется по формуле (3.40):

.

Закрытая высота штампа определяется по формуле (3.41):

.

Необходимо произвести расчет тарельчатых пружин:

Максимальная деформация тарельчатых пружин . Т.к. тарельчатые пружины ставятся в конструкции в двух местах, то необходимо учитывать, что каждый пакет пружин воспринимает и максимальную деформацию .

Необходимая тарельчатая пружина выбирается из [15].

Основные параметры представлены в таблице 10.

 

Таблица 10

Основные параметры тарельчатых пружин

Усилие при деформации,

Максимальная

деформация

Толщина пружины

Высота пружины

 

20,8 кН 3,4 мм 1 мм 3 мм

 

Число пружин в одном пакете:

,

(3.54)

где – усилие одной пружины при деформации ,

.

 

.

Максимальная деформация всего пакета пружин:

,

(3.55)

где – максимальная деформация одной пружины, .

 

 

Для конструкции совмещенного штампа выбираются

Совмещенный штамп работает следующим образом:

Поковку 1 в горячем состоянии укладывают на обрезную матрицу 2. Пуансон 3 проталкивает поковку 1 через обрезную матрицу 2 и прошивни 4, и правит ее на правочной матрице 5, располагающейся на тарельчатых пружинах 6. В штампе предусмотрена выемка под клещи для вытаскивания поковки после операций.

Выбираются материалы рабочих частей обрезного штампа [3, стр. 561].

Матрицы, пуансон и прошивни – сталь 8Х3, твердость НВ 363-415.

Все детали обрезного штампа делятся на:

1. Унифицированные детали (винты, болты, гайки, шайбы).

2.Нормализованные детали (башмак, матрица, траверса, скоба, стойка).

Пуансон не унифицируется, а конструируется индивидуально.

 

Рисунок 3.24 – Схема совмещенного штампа.

 

Цифрами на схеме обозначены:

 

1 – горячая поковка;

2 – обрезная матрица;

3 – пуансон;

4 – прошивни;

5 – правочная матрица;

6 – тарельчатые пружины.

 

3.16 Эксплуатация штампов

 

Успешная эксплуатация штампов обеспечивается:

а) правильной установкой на молот или пресс и надежным креплением;

б) своевременным ремонтом мест крепления;

в) обязательным подогревом штампов перед работой и во время перерывов;

г) хорошей смазкой и охлаждением штампов;

д) удалением окалины с заготовок до поступления их в ручьи.

Нагрев штампов проводят с целью обеспечения оптимальных условий формоизменения поковок и повышения стойкости штампов.

Штампы ПВШМ нагревают до 200-400 С. При этом, если штампы изготовлены из сталей 5ХНМ, 5ХНВ, 7Х3 и других относительно пластичных сталей, то их нагревают до 200-300 С. Подогрев штампов осуществляется в течение 0,5 ч. на специальных газовых горелках.

Неработающие штампы охлаждаются медленно. Если перерыв в работе штампов составляет более 1ч, то рекомендуется их дополнительно подогревать. Контроль нагрева выполняют переносной термопарой.

Штампы, завезенные в цех с улицы в холодное время, выдерживают в цехе 4-5ч на стеллажах и только после этого нагревают перед штамповкой.

Смазку штампов проводят для уменьшения трения и теплопередачи при деформировании и улучшения извлечения поковки из штампа после штамповки, что способствует повышению стойкости штампов.

Смазки должны иметь низкую токсичность и газообразие, простоту приготовления и использования и невысокую стоимость.

Одновременно со смазкой из штампов выдувается окалина. Для удаления окалины из штампов используется сжатый воздух, давлением не ниже 0,4 МПа, подаваемый из сопла обдувки окалины.

В качестве смазки на предприятии можно использовать мокрые опилки и масло с графитом, которые исполнитель вбрасывает в процессе штамповки в полость штампа.

 

4 Оборудование

 

4.1 Деформирующее оборудование

 

4.1.1 Паровоздушный ковочный молот двойного действия с массой падающих частей 6 т

 

На рисунке 4.1 представлен общий вид паровоздушного ковочного молота двойного действия с массой падающих частей 6 т, техническая характеристика молота представлена в таблице 10.

Таблица 10

Техническая характеристика павоздушного ковочного молота двойного действия с массой падающих частей 6 т

 

Вес падающих частей 16000 кг

Тип мостовой

Вес шабота 318320 кг

Вес бабы 15700 кг

Вес поршня и штока 2610 кг

Вес цилиндра 10800 кг

Вес подцилиндровой плиты 7720 кг

Вес станины 4530 кг

Вес шабота из 2-х частей 24800 кг

Диаметр цилиндра 840 мм

Диаметр штока 290 мм

Расстояние между направляющими 1200 мм

 

Продолжение таблицы 10

Расстояние между станинами 1340 мм

Высота штампов в паре максимум 1350 мм

минимум 660 мм

Вес верхнего штампа максимум 1850 кг

минимум 1600 кг

Рабочий ход бабы 1500 мм

Боковой размер бабы 1200 мм

Размеры штамподержателя длина 2100 мм

ширина 1360 мм

Нормальное давление воздуха 6-7 атм.

Число ударов в минуту 36

Эффективная энергия удара 46000 кг∙м

 

 

Рисунок 4.1 – Общий вид паровоздушного ковочного молота двойного действия с массой падающих частей 6 т

 

4.1.2 Паровоздушный штамповочный молот с массой падающих частей 16 т

 

На рисунке 4.2 представлен общий вид паровоздушного штамповочного молота с массой падающих частей 16 т, техническая характеристика молота представлена в таблице 11.

Таблица 11

Техническая характеристика павоздушного штамповочного молота с массой падающих частей 16 т

 

Вес падающих частей 6000 кг

Тип двойного

действия

Вес бабы 4800 кг

Вес поршня и штока 1130 кг

Вес цилиндра 5700 кг

Вес станины 4530 кг

Вес шабота из 2-х частей 96000 кг

Диаметр цилиндра 622 мм

Диаметр штока 200 мм

Расстояние между направляющими 755 мм

Расстояние между колоннами 3962 мм

Высота бойков в паре максимум 1235 мм

минимум 600 мм

Вес верхнего бойка максимум 1070 кг

минимум 980 кг

Рабочий ход бабы 1200 мм

Боковой размер бабы 889 мм

Продолжение таблицы 11

Размеры подбойковой

подушки длина 800 мм

ширина 730 мм

Нормальное давление воздуха 6-7 атм.

Число ударов в минуту 60

Эффективная энергия удара 28300 кг∙м

 

 

Рисунок 4.2 – Общий вид паровоздушного штамповочного молота с массой падающих частей 16 т

 

4.1.3 Закрытый однокривошипный пресс простого действия К 9542 А усилием 16 МН

 

Техническая характеристика закрытого однокривошипного пресса простого действия К 9542 А усилием 16 МН представлена в таблице 12.

Таблица 12

Техническая характеристика закрытого однокривошипного пресса простого действия К 9542 А

 

Номинальное усилие 16 МН

Ход ползуна 600 мм

Число ходов ползуна 10 ход/мин

Регулировка хода ползуна 220 мм

Наибольшее расстояние между столом и

ползуном при его нижнем положении 1080 мм

Размеры стола длина 2370 мм

ширина 1830 мм

Размеры ползуна длина 2090 мм

ширина 1780 мм

Расстояние от стола до направляющих 1100 мм

Расстояние между направляющими 1580 мм

Нормальная толщина подштамповой плиты 220 мм

Гидропневматическая

подушка усилие прижима 3,7 МН

усилие выталкивания 2 МН

Ход подушки 250 мм

Электродвигатель

пресса АИР 280S4 мощность 110 кВт

число оборотов 1500 об/мин

Продолжение таблицы 12

Включение пресса рычажное, пневматическое пневматическое

муфта пневматическая,

фрикционная

Габариты пресса слева-направо 4250 мм

спереди-назад 4315 мм

Вес пресса без фундамента, электродвигателя и

гидропневматической подушки 148000 кг

 

 

4.1.4 Кольцепрокатный стан КПС-750

 

Техническая характеристика кольцепрокатного стана КПС-750 представлена в таблице 13.

Таблица 13

Техническая характеристика кольцепрокатного стана КПС-750

 

Максимальное усилие нажимного валка 1,5 МН

Наибольший диаметр прокатываемых колец 800 мм

Наименьший диаметр прокатываемых колец 350 мм

Наибольшая ширина кольца 180 мм

Наименьшая ширина кольца 35 мм

Наибольшая толщина стенки кольца 120 мм

Наименьшая толщина стенки кольца 12 мм

Наименьшее отверстие заготовки 150 мм

Наибольшая толщина стенки заготовки 180 мм

Наибольший вес заготовки 250 кг

Производительность стана в час 20…40 шт.

Габариты стана длина 9000 мм

ширина 8600 мм

высота 7200 мм

Вес стана 114873,5 кг

 

 

4.2 Разделительное оборудование

 

Техническая характеристика кривошипных пресс-ножниц Н 1546 представлена в таблице 14.

Таблица 14

Техническая характеристика кривошипных пресс-ножниц Н 1546

 

Номинальное усилие 40 МН

Число ходов в минуту 20

Наибольший размер сечения

разрезаемого проката круг 285 мм

квадрат 300 мм

Наибольшая длина отрезаемой заготовки 1000 мм

Мощность привода 215 кВт

Габариты пресс-ножниц длина 17500 мм

ширина 5500 мм

высота 5050 мм

Масса 120 т

 

 

4.3 Нагревательное оборудование

 

4.3.1 Газовая полуметодическая печь

 

Техническая характеристика газовой полуметодической печи представлена в таблице 15.

Таблица 15

Техническая характеристика газовой полуметодической печи

 

Размеры и площадь пода ;

 

Производительность печи 6000 кг/ч

Температура нагрева металла 1140…1250°С

Топливо и теплотворность природный газ,

 

 

Часовой расход топлива с

рекуператора 570 нм3/ч

Тип и количество горелок камера 1 и 3: ГНП-4 – по 8 шт.;

камера 2: ГНП-5 – 5 шт.

Часовой расход воздуха 5700 нм3/ч

Тип рекуператора трубчатый

Максимальное сечение заготовки: 300 мм

Максимальный размер черновой

штамповки до 600 мм

Тип окна загрузки и его ширина Окно загрузки – центральное, В=2460 мм

Тип окна выгрузки и его ширина Окно выгрузки – центральное, В=2460 мм

 

4.3.2 Двухкамерная нагревательная печь

 

Техническая характеристика двухкамерной нагревательной печи представлена в таблице 16.

Таблица 16

Техническая характеристика двухкамерной нагревательной печи

 

Назначение печи нагрев заготовок под раскатку

Размеры и площадь пода ;

 

Производительность печи 4400 кг/ч

Температура нагрева металла 900…1250°С

Топливо и теплотворность природный газ,

 

 

Часовой расход топлива с

рекуператора 170 нм3/ч

Тип и количество горелок ГНП-4 – 6 шт. ГНП-5 – 1 шт.

Часовой расход воздуха на камеру 1700 нм3/ч

Тип рекуператора трубчатый V-образный

Температура нагрева воздуха 200°С

Наибольший диаметр кольца 600 мм

Наибольшая высота заготовки до 400 мм

Тип окна загрузки и его ширина Окно загрузки – центральное, В=1740 мм

Тип окна выгрузки и его ширина Окно выгрузки – центральное, В=1740 мм

 

5 Механизация и автоматизация

 

В современном кузнечно-штамповочном производстве проблемы механизации и автоматизации весьма актуальны. В данном дипломном проекте представлены следующие механизации: проектирование захватного органа ковочного манипулятора для операции осадки по радиусу с протяжкой заготовки Е1227; и механизирующее устройство для установки штампов на обрезной пресс.

 

5.1 Захватный орган ковочного манипулятора

 

Манипулятор, грузоподъёмностью 2000 кг, используется при ковке и штамповке на молотах и гидравлических прессах в мелкосерийном и единичном производстве для загрузки и выгрузки длиноосных заготовок в подштамповое пространство при операциях ковки.

Безрельсовый манипулятор может осуществлять горизонтальное перемещение поковок, зажатие и раскрытие клещей, подъём и опускание хобота, вращение хобота на любой угол по часовой и против часовой стрелки, перемещение хобота вверх и вниз.

Расчет производится по методике [14].

Исходные данные для расчета:

— транспортируемая деталь: заготовка квадратного сечения со

стороной от 200 мм до 250 мм;

— масса заготовки: 130 кг;

— принятое максимальное ускорение при переносе детали: ;

— принятая схема захвата представлена на рисунке 5.1.

 

Рисунок 5.1 – Схема захвата

 

Потребное усилие для удержания транспортируемой детали определяется, считая что удержание детали происходит за счет сил трения, по следующей формуле:

,

(5.1)

где – масса удерживаемой детали, кг;

– ускорение силы тяжести, ;

– ускорение центра масс при транспортировке;

– коэффициент, зависящий от формы губок схвата и

направления действия сил тяжести, [14, табл. 1];

– коэффициент запаса, [14, стр. 31].

 

.

Усилие привода для принятой схемы захвата определяется по формуле [14, стр. 12]:

,

(5.2)

где принимаются конструктивно исходя из конструкции

захватного органа

.

 

.

Гидравлический привод используется в устройствах с небольшими габаритными размерами рабочего пространства, где необходимы значительные усилия.

Расчет необходимого диаметра гидроцилиндра определяется по формуле [14, стр.9]:

,

(5.3)

где – давление масла в гидросистеме, [14, стр. 9];

, – КПД привода и захвата соответственно:

; .

 

.

Из предпочтительного ряда диаметр гидроцилиндра равен 80 мм по ГОСТ 6545-68 [15].

 

5.2 Механизирующее устройство для установки штампов

 

Современное кузнечно-штамповочное производство характеризуется выпуском большой номенклатуры изделий. Поэтому каждый прессовый, кузнечный и штамповочный цехи имеют большой парк штампов. Установка штампов на прессе является трудоемкой и опасной операцией, приводящей к длительным простоям.

Для механизации установки штампов предлагается механизирующее устройство для установки штампов. Устройство позволяет устанавливать и извлекать штампы из межштампового пространства.

Механизм состоит из электродвигателя, редуктора, предохранительной муфты, барабана, подвижного корпуса с роликами и лебедки с крюком.

Схема устройства приведена на рисунке 5.2.

 

Рисунок 5.2 – Схема механизирующего устройства для установки штампов

Цифрами на схеме обозначены:

 

1 – электродвигатель;

2 – редуктор;

3 – предохранительная муфта;

4 – барабан;

5 – подвижный корпус с роликами;

6 – лебедка с крюком.

Основным для расчета является привод лебедки, т.к. с помощью него производится затягивание штампового блока в межштамповое пространство.

Исходные данные для расчета:

— грузоподъемность лебедки: 1000 кг;

— скорость лебедки: 0,1 м/с;

— принятый коэффициент трения: ;

— расчетная схема представлена на рисунке 5.3.

 

Рисунок 5.3 – Расчетная схема привода лебедки

Мощность, развиваемая приводом, рассчитывается по формуле:

,

(5.4)

где – сила трения, .

 

.

КПД привода определяется по формуле:

,

(5.5)

где – КПД подшипников качения,

– КПД зубчатой передачи,

– КПД электродвигателя.

 

Количество пар подшипников качения: 1 – барабан, 3 – 2-х ступенчатый редуктор. Количество зубчатых передач – 2 (2-х ступенчатый редуктор).

.

Мощность электродвигателя:

,

(5.6)

.

 

6 Модернизация кузнечно-прессового оборудования

 

6.1 Обоснование модернизации

 

В наши дни достаточно актуальными вопросами на кузнечно-штамповочном производстве являются вопросы безопасности работы на кузнечно-прессовом оборудовании. Как показало не утешительная практика, наиболее часто рабочие получают травмы рук (отрывает пальцы, кисти рук) при работе на прессах. В дипломном проекте представлено устройство, предотвращающее травматизм при работе на прессах, − защитный экран [18].

6.2 Проектирование защитного экрана

 

На рисунке 6.1 показано устройство защитного экрана [18] к прессу. Шестерни 5, которые жестко соединены с рычагами 3, крепятся к ползуну пресса. Рычаги 3 жестко соединены болтами с угольниками 2, к которым крепится защитный экран 1. Шестерни 5 входят в зацепление с зубчатыми рейками 4, установленными на направляющих ползуна. В устройстве предусмотрен упор 8 с регулировочным болтом 6. Для предотвращения откручивания болта 6 предусмотрена гайка 7. Регулировочный болт

 

Рисунок 6.1 – Схема защитного экрана

 

Устройство работает следующим образом:

При движении подвижной части пресса вниз шестерни 5 входят в зацепление с зубчатыми рейками 4. Рычаги жестко соединены с шестернями 5, поворачиваясь, опускают защитный экран 1, который двигаясь вниз, отстраняет руки из опасной зоны раньше, чем наступит непосредственная опасность.

Настоящее устройство более простое в изготовлении и обладает большим перемещением защитного экрана при малом ходе ползуна, а также обладает повышенной надежностью.

Расчет устройства защитного экрана сводится к определению размеров шестерни.

Исходные данные для расчета:

Модуль равен 6, диаметр вершин – 204 мм, общая длина рейки – 1160 мм, длина рейки с зубьями – 1000 мм.

Диаметр вершин определяется по формуле:

,

(6.1)

Делительный диаметр определяется по формуле:

,

(6.2)

Из формул 6.1 и 6.2 число зубьев шестерни находится по формуле:

,

(6.3)

.

.

Шаг зубчатого зацепления:

,

(6.4)

.

Количество зубьев на рейке:

,

(6.5)

где – длина рейки с зубьями.

 

.

 

7 Организационная часть

 

7.1 Номенклатура и производственная программа

 

Проектируемый участок является промышленным подразделением металлургического предприятия по выпуску крупногабаритных поковок, имеет свое управление и производственную программу, действует на основе внутризаводского хозрасчета.

В зависимости от конфигурации, крупногабаритные штампованные поковки можно разделить на две основные группы:

1. Поковки штампованные круглые в плане (поковки типа шестерни, зубчатые венцы, различные фланцы и т.д.);

2. Поковки штампованные длиноосные (поковки типа рычаги, шатуны, различные валы и т.д.).

Планируется выпуск: круглых в плане поковок – 114500 шт.; длиноосных поковок – 55000 шт. Данные о поковках и производственная программа по каждой из них приведены в таблице 17.

Таблица 17

Производственная программа

Наименование изделия Годовая программа

выпуска , тыс.шт. Потери на

брак, % Годовая программа

запуска , тыс.шт. (т.) Масса, кг

Шатун 30 1 30,3 (3348,15) 110,5

Рычаг 16,5 1 16,665 (1666,5) 100

Вал 20 1 20,2 (1020,1) 50,5

Колен. вал 22 1 22,22 (2011) 90,5

Петля 11 1 11,11 (1183) 106,5

Продолжение таблицы 17

Вал 15 1 15,15 (606) 40

Σ 115,645 (9834,75)

Венец 10 1 10,1 (2171,5) 215

Крышка 8 1 8,08 (1171,6) 145

Шестерня 12 1 12,12 (2191,7) 155

Бандаж 10,5 1 10,605 (1591) 150

Фланец 13 1 13,13 (1575,6) 120

Шестерня 11,5 1 11,615 (1626,1) 140

Σ 65,65 (10327,4)

Расчет программы запуска производится по формуле:

,

(7.1)

где – коэффициент, учитывающий возможный брак при

подготовке производства,

 

Для линии изготовления круглых в плане поковок:

.

Для линии изготовления длиноосных поковок:

.

 

7.2 Определение потребного количества оборудования

 

Необходимое количество единиц оборудования соответствующего вида и типа размера определяется следующей формулой:

,

(7.2)

где – годовая технологическая станкоёмкость операций всей

номенклатуры изделий штампуемых на данном типе

оборудования,

– эффективный годовой фонд времени работы

оборудования, ч

– коэффициент, учитывающий потери времени работы

оборудования, вызванного переналадками в рабочее

время, ;

– коэффициент, учитывающий простой оборудования при

техническом обслуживании и внеплановым ремонте в

рабочее время, .

 

Расчет ведется укрупнено соответственно по формуле:

,

(7.3)

где – производительность оборудования, кг/час

 

Расчет потребного количества каждого типоразмера оборудования ведется по максимальной станкоемкости, которая при одинаковом значении программы запуска тем больше, чем меньше производительность. А производительность меньше в нашем случае у ковочного молота (смотри приведенные ниже справочные данные о производительности остального оборудования). Следовательно, станкоемкость каждого элемента оборудования, входящего в линию определяется станкоемкостью ковочного молота.

Титульный лист оборудования

Тип

оборудования Марка

оборудования Мощность Усилие, МН (частота, кГц) Производительность,

кг/ч Габариты,

мм

КГШП КБ8542А 90 кВт 16 1014 4870×3600

Индуктор КИН9-250/2,4П 250 кВт 2,4 600 1000×550

Пресс обрезной КБ9534 40 кВт 1,6 1625 2250×2315

 

 

7.2.1 Определение количества полуметодических печей

 

Расчет потребного количества полуметодических печей определяется по формуле 7.2.

Для линии изготовления круглых в плане поковок:

[16, стр. 43]; (см. п. 4.3.1) ( ).

.

Принимается , значит необходима одна полуметодическая печь.

Для линии изготовления длиноосных поковок:

.

Принимается , значит необходима одна полуметодическая печь.

 

7.2.2 Определение количества двухкамерных печей

 

Расчет потребного количества двухкамерных печей определяется по формуле 7.2.

Для линии изготовления круглых в плане поковок:

[16, стр. 43]; (см. п. 4.3.2) ( ).

.

Принимается , значит необходима одна двухкамерная печь.

Для линии изготовления длиноосных поковок данная печь не требуется.

 

7.2.3 Определение количества ковочных молотов с МПЧ 6 т

 

Расчет потребного количества ковочных молотов с МПЧ 6 т определяется по формуле 7.2.

Для линии изготовления круглых в плане поковок:

[16, стр. 40]; .

.

Принимается , значит необходим один ковочный молот с МПЧ 6 т.

Для линии изготовления длиноосных поковок:

.

Принимается , значит необходим один ковочный молот с МПЧ 6 т.

 

7.2.4 Определение количества штамповочных молотов с МПЧ 16 т

 

Расчет потребного количества штамповочных молотов с МПЧ 6 т определяется по формуле 7.2.

Для линии изготовления круглых в плане поковок:

[16, стр. 40]; .

.

Принимается , значит необходим один штамповочный молот с МПЧ 16 т.

Для линии изготовления длиноосных поковок:

.

Принимается , значит необходим один штамповочный молот с МПЧ 16 т.

 

7.2.5 Определение количества кривошипных прессов

 

Расчет потребного количества кривошипных прессов определяется по формуле 7.2.

Для линии изготовления круглых в плане поковок:

[16, стр. 39]; .

.

Принимается , значит необходим один кривошипный пресс.

Для линии изготовления длиноосных поковок:

.

Принимается , значит необходим один кривошипный пресс.

 

7.2.6 Определение количества кольцепрокатных станов

 

Расчет потребного количества кольцепрокатных станов определяется по формуле 7.2.

Для линии изготовления круглых в плане поковок:

[16, стр. 41];

.

.

Принимается , значит необходим один кольцепрокатный стан.

Для линии изготовления длиноосных поковок данное оборудование не требуется.

 

Расчеты сведены в таблицу 18.

Таблица 18

Количество потребного оборудования

Наименование

оборудования Эффективный годовой фонд времени, ч Ремонтная сложность Количество

оборудования Коэффициент загрузки, Кз

Мех. Эл. Расч. Прин.

Печь полуметодическая* 3910 5 2 0,88 1 0,88

Печь двухкамерная* 3975 5 2 0,87 1 0,87

Молот ковочный

С МПЧ 6 т* 3770 30 — 0,915 1 0,915

Молот штамповочный

С МПЧ 16 т* 3560 95 — 0,97 1 0,97

Пресс кривошипный 16 МН* 3745 15 61,9 0,92 1 0,92

Кольцепрокатный

стан* 3790 10 45 0,91 1 0,91

 

Печь полуметодическая** 3910 5 2 0,84 1 0,84

 

Продолжение таблицы 18

Молот ковочный

С МПЧ 6 т** 3770 30 — 0,87 1 0,87

Молот штамповочный

С МПЧ 16 т** 3560 95 — 0,92 1 0,92

Пресс кривошипный 16 МН** 3745 15 61,9 0,88 1 0,88

* — для линии изготовления круглых в плане поковок;

** — для изготовления длиноосных поковок.

 

7.3 Определение численности основных рабочих

 

К производственным рабочим относятся все работавшие, выполняющие технологические операции по изготовлению заготовок, полуфабрикатов и готовой продукции, численность которых определяется по формуле:

,

(7.4)

где – трудоемкость запуска, ;

– эффективный годовой фонд времени работающего

определенной специальности, ;

– количество операций, необходимых для изготовления

конкретной продукции;

– плотность бригады.

 

Для изготовления круглых в плане поковок:

.

, принимается, что 28 основных рабочих обслуживают одну линию, соответственно в первую смену – 14 основных рабочих (функционирует одна линия), и 14 рабочих – во вторую (работает одна линия).

Для изготовления длиноосных поковок:

.

, принимается, что 22 основных рабочих обслуживают одну линию, соответственно в первую смену – 11 основных рабочих (функционирует одна линия), и 11 рабочих – во вторую (работает одна линия).

Полученные значения представлены в таблице 19

Таблица 19

Потребное количество основных рабочих

 

Наимено-вание агрегата Профессия Раз-ряд Плотн. бригады Трудоёмкость Тф, ч Кол-во рабочих Коэф-т занятости

Расчёт-ное Приня-тое

Печь

полуме-

тод.* Нагревальщик 5 2 5902 3,3 2 0,825

Подручный 3 2 0,825

Печь

камер-

ная* Нагревальщик 5 2 5902 3,3 2 0,825

Подручный 3 2 0,825

Молот

6 т* Кузнец-бригадир 5 3 8853 4,94 2 0,823

Машинист

шаржир-машины 5 2 0,823

Подручный 3 2 0,823

Продолжение таблицы 19

Молот

16 т* Штамповощик-

бригадир 5 3 8853 4,94 2 0,823

Машинист

НРМ 4 2 0,823

Подручный 3 2 0,823

Пресс

16 МН* Обрезчик 5 2 5902 3,3 2 0,825

Подручный 3 2 0,825

Кольце-

прокат.

Стан* Раскатчик 5 2 5902 3,3 2 0,825

Подручный 3 2 0,825

Печь

полуме-

тод.** Нагревальщик 5 2 5620 3,14 2 0,785

Подручный 3 2 0,785

Молот

6 т** Кузнец-бригадир 5 3 8430 4,7 2 0,783

Машинист манипулятора 4 2 0,783

Подручный 3 2 0,783

Молот

16 т** Штамповощик-

бригадир 5 3 8430 4,7 2 0,783

Машинист

шаржир-машины 5 2 0,783

Подручный 3 2 0,783

Пресс

16 МН** Обрезчик 5 3 8430 4,7 2 0,783

Машинист

НРМ 4 2 0,783

Подручный 3 2 0,783

* — для линии изготовления круглых в плане поковок;

** — для изготовления длиноосных поковок.

 

7.4 Определение количества вспомогательных рабочих

 

К вспомогательным относятся рабочие, непосредственно не участвующие в выпуске готовой продукции. Это все рабочие вспомогательных цехов и обслуживающих устройств завода, а также рабочие производственных цехов, занимающиеся обслуживанием и наладкой производственного оборудования и оснастки и др. [16, стр. 37].

Количество вспомогательных рабочих определяется по формуле:

,

(7.5)

где – процентное соотношение основных рабочих к

вспомогательным, .

 

Для изготовления круглых в плане поковок:

, принимается 26 вспомогательных рабочих.

Для изготовления длиноосных поковок:

, принимается 20 вспомогательных рабочих.

Требуемое количество станочников, слесарей, электромонтеров, смазчиков берется в процентном соотношении по формулам [17, стр. 20]:

,

,

,

 

(7.6)

где – количество оборудования, которому требуются те или

иные рабочие.

Из формул видно, что загрузка данных рабочих небольшая, расчет будет производится сразу для двух линий (круглых в плане и длиноосных поковок):

, принимается два станочника.

, принимается четыре слесаря, т.к. две смены работы.

, принимается два электрика.

, принимается два смазчика.

Также вполне достаточно, что на участке находился в смену один наладчик.

Стоит отметить, что ввиду низкого коэффициента занятости электриков, станочников и смазчиков возможно совмещение профессий, если позволяет квалификация рабочего, например смазчик-электрик или станочник-электрик.

Также на данном участке в качестве вспомогательных рабочих присутствуют крановщики, транспортные рабочие, грузчики, рабочие цеховых складов и другие.

 

7.5 Определение количества служащих

 

К ИТР относятся: начальник участка, старшие и сменные мастера, технологи и т.д.

СКП участка состоит из следующих профессий: нарядчики, табельщики и т.д.

МОП состоит из гардеробщиков, уборщиков и др.

Количество ИТР, СКП и МОП при укрупненном проектировании определяется в процентном отношении от общего числа рабочих (основных и вспомогательных):

,

(7.7)

где – процентное соотношение от общего числа рабочих,

— для ИТР; — для СКП; — для МОП;

— для ОТК.

 

Для изготовления круглых в плане поковок:

, принимается 6 служащих ИТР.

, принимается 2 служащих СКП.

, принимается 1 служащий МОП.

, принимается 1 служащий ОТК.

Для изготовления длиноосных поковок:

, принимается 5 служащих ИТР.

, принимается 1 служащий СКП.

, принимается 1 служащий МОП.

, принимается 1 служащий ОТК.

Таким образом, на участке присутствуют 11 человек ИТР, в том числе начальник пролета, начальник смены, мастера и др., по 2 человека МОП, ОТК и 3 человека СКП.

 

7.6 Расчет основных и вспомогательных материалов

 

Все материалы, используемые в производстве, разделяются на основные и вспомогательные.

К основным относятся материалы, из которых изготавливается продукция участка, а к вспомогательным – материалы, которые необходимы для выполнения технологических операций и нормальной работы оборудования.

Расход этих материалов на годовую программу в данном случае определяется по укрупнённому методу. При укрупненном методе расчёта металл не разбивается на марки, но отдельно определяется годовая потребность по формуле:

,

(7.8)

где – общая масса всех поковок, выпускаемых в течение

года,

– коэффициент использования металла, [16, стр. 152].

.

Детальный расчет для поковок Е1188 (Венец) и Е1227(Шатун) производится в экономической части.

Вспомогательные материалы по своему назначению подразделяются на материалы технологического назначения (смазки: вода, масло, химикаты для термообработки и очистки; металл, дерево и бумага для упаковки готовой продукции) и материалы для нормальной эксплуатации оборудования и его ремонта (масло разных марок для работы гидропрессов и различных гидросистем, вода для охлаждения индукторов, печей и штампов, бензин, керосин и химикаты для промывки, смазочные и обтирочные материалы, термоизоляционные и огнеупорные материалы, углеродистые, легированные и инструментальные марки сталей).

Расход этих материалов можно определить по нормам расхода на 1т продукции или на основании данных, которые приводятся в справочной литературе [16, стр. 152].

Таблица 20

Потребное количество вспомогательных материалов

Наименование материалов Единица измерения Расчётная единица Норма расхода Потребность на программу, т

Смазочные и промывочные масла м3 Тонна заготовок 9 22081

Химические материалы кг Тонна заготовок 2,8 6869,7

Текстильные и бумажные

материалы кг Тонна заготовок 0,8 1963

Различные материалы для ремонта нагревательных установок кг Тонна заготовок 4,2 10304,5

Прочие материалы кг Тонна заготовок 2,8 6869,7

 

7.7 Расчет энергоносителей

 

Электроэнергия 220,380 В потребляется основным и вспомогательным оборудованием, подъёмно-транспортными средствами, а также расходуется на освещение вентиляцию и отопление (тепловые завесы).

Потребность цеха в электроэнергии определяется по формуле:

,

(7.9)

где − мощность оборудования, (для

кривошипных прессов), (для раскатного

стана),

− эффективный фонд работы, см. таблицу 18;

− коэффициент загрузки оборудования, см. таблицу. 18;

– коэффициент спроса, (для кривошипных

прессов), (для раскатных станов) [16, стр. 64].

 

 

 

Потребность производства в сжатом воздухе определим укрупненно, рассчитав произведение его потребления на 1 т. [16, стр. 65, табл. 6.2] на количество тонн:

.

Потребность производства в паре и воде определим аналогично [2,стр. 66, табл. 6.3]:

,

.

Таблица 21

Потребность энергии на общецеховые нужды

Наименование энергоносителя Единица измерения Расчётная единица Кол-во расчётных единиц, т Норма расхода Потребность в год

Сжатый воздух м3 т 20162,15 430 м3/тонну 8669724,5 м3

Пар т т 20162,15 150 м3/тонну 3024322,5 м3

Вода м3 т 20162,15 18 м3/тонну 362918,7 м3

 

 

7.8 Расчет технологической оснастки

 

К технологической оснастке относится инструмент (рабочий, мерительный и др.) и различные приспособления (установочные, центрирующие и др.).

Для кузнечно-штамповочного производства основным рабочим инструментом являются штампы основного и начального фонда годового расхода штампов.

Основной фонд штампов состоит из штампов необходимых для выполнения всех операций технологического процесса.

Начальный фонд состоит из штампов основного фонда и штампов-дублёров (запасные штампы), которые необходимы для замены основных штампов при их поломке.

Требуемое количество штампов определим по укрупненным показателям.[1, с. 144-145]. В таблице содержится информация о количестве технологической оснастки для всего участка.

Таблица 8

Количество технологической оснастки

Наименование оснастки Кол-во Расход на 1т., кг Масса, кг Начальный фонд

Осн. Дубл. Итого

Молотовой штамп 2 — 2 4 6

Обрезной штамп 2 — 2 4 6

 

 

7.9 Расчет необходимых площадей

 

Вся площадь участка условно разделяется на производственную и служебно-бытовую, вспомогательная площадь находится в другом пролете цеха.

К производственным относятся площади занимаемые основным оборудованием со всеми вспомогательными механизмами, средствами механизации и автоматизации, рабочими местами, местными проходами и проездами, межоперационными складами заготовок и полуфабрикатов.

К вспомогательным относятся площади занятые цеховыми складами основных и вспомогательных материалов, готовой продукции, технологической и инструментальной оснастки, цеховыми проходами и переездами, энергетическими и санитарно-техническими установками, ремонтными мастерскими и лабораториями цеха.

На служебно-бытовой площади размещаются административные и технические службы цеха, гардеробные, душевые и туалетные комнаты, пункты питания и медицинского обслуживания и др.

Площадь участка определяется по укрупнённым показателям и затем уточняется по планировке или компоновки цеха.

Производственная площадь участка:

,

(7.10)

где – выпуск поковок с 1 м2 цеховой площади,

[16, стр. 154, табл. 9.11].

.

 

8 Безопасность жизнедеятельности

 

8.1 Краткие сведения о проектируемом участке

 

Проектируемый участок входит в состав ОАО «Уральская кузница». Участок имеет следующие размеры: ширина 38,8 м, длина 144 м, высота 25 м. Общая площадь участка составляет Fобщ =9601 м2.

Вид оборудования в цехе:

— 2 пламенные толкательные полуметодические печи;

— 1 пламенная двухкамерная печь;

— 2 ковочных паровоздушных молота с МПЧ 6 т;

— 2 паровоздушных штамповочных молота с МПЧ 16т;

— 2 однокривошипных закрытых пресса усилием 16 МН.

Виды транспортных средств, представляющих опасность для рабочих:

— краны грузоподъемностью 30/5т;

— напольно-рельсовые машины грузоподъемностью 1т;

— ковочный манипулятор грузоподъемностью 2т;

— шаржир-машины грузоподъемностью 2,5т.

Виды энергоносителей:

— электрический ток 220/380 В;

— воздух сжатый 3-12 атм.

Виды опасностей:

— в соответствии со СНиП 11-90-81 проектируемый участок относится по пожарной опасности к категории «Г» — производство, в котором обрабатываются негорючие вещества и материалы в горячем состоянии.

— в соответствии со СНиП 21-01-97 по огнестойкости строительных конструкций здание относится к I — II степеням.

— в соответствии со СанПиН 2.1.1.1200-03 класс санитарии IV, ширина санитарно-защитной зоны 100 м.

По опасности поражения людей электрическим током при нормальных условиях работы в соответствии с ПЭУ проектируемый участок относится к помещениям с особой опасностью, так как имеется токопроводящий пол, металлическая пыль и высокие температуры.

Несоблюдение правил безопасности при работе с материалом и оборудованием может привести к травмам, пожару. В тоже время строгое и неукоснительное соблюдение технологического процесса и инструкций гарантирует безопасность работающих.

 

8.2 Анализ опасных и производственных факторов

 

Опасными производственными факторами при работе на участке являются:

— движение неогражденных узлов КПО;

— нагретый металл;

— движение наземного (электропогрузчики) и надземного транспорта

(поворотные краны, кран-балки);

— электрический ток, природный газ и др.

Вредными производственными факторами, постоянное и длительное воздействие которых при выполнении работ в цехе может привести к профессиональным заболеваниям, являются:

— тепловое излучение, шум, пыль, вибрация;

— микроклимат, физические нагрузки.

Для выявления других опасных производственных факторов и вредных производственных факторов анализируются операции, проводимые на участке, результаты заносятся в таблицу 8.1.

Таблица 8.1 Анализ ОПФ и ВПФ

№ Название операции Оборудование ОПФ ВПФ

1 Нагрев под штамповку Печь Природный газ, сжатый воздух,

температура,

Тепловое излучение,

 

2 Штамповка Молот Подвижные части (баба молота), нагретый металл, выброс окалины Вибрация, шум , пыль, окалина, тяжелые условия труда (физические нагрузки, монотонность)

3 Обрезка облоя, пробивка отверстий Пресс Подвижные части пресса, нагретый металл, электрический ток

Шум , тяжелые условия труда (физические нагрузки, монотонность)

4 Транспортировка Шаржир-машина, мостовой кран, ж/д транспорт Движения, нагретые заготовки Загрязнение проходов маслами, шум смазкой и т.д.

 

 

8.3 Безопасность технологического процесса

 

Безопасность технологического процесса согласно ГОСТ 12.3.026-81.

 

8.3.1 Безопасность при нагреве заготовок

 

Заготовки нагреваются в пламенных полуметодических печах и в пламенных двухкамерных печах до температуры 1200…1250°С. Такая температура представляет собой высокую опасность, поэтому загрузка, выгрузка нагретых заготовок, а также подача их к штамповочному оборудованию осуществляется средствами механизации – шаржир-машины. Конструкции печей соответствуют ГОСТ 12.2.007.9-93.

 

8.3.2 Безопасность при обрезке облоя и пробивке отверстий

 

Безопасность обеспечивается при соблюдении следующих требований:

1. Кривошипные обрезные прессы оснащают фрикционными муфтами включения и тормозами.

2. Кривошипные обрезные прессы с неогражденным приводом, который расположен на высоте более 5000 мм, и площадкой для обслуживания снабжают тормозом маховика.

При этом тормоз маховика срабатывает при:

а) отключении питающей электрической сети пресса;

б) отключении цепей управления;

в) нажатии на кнопку аварийного отключения “Стоп”.

4. После окончания рабочего хода рабочие органы должны возвратиться в исходное положение и остановиться.

3. Кривошипные прессы оснащаются:

а) указателем направления вращения маховика или шкива с дублированием на защитном кожухе;

б) световыми сигнализациями “Сеть”, “Главный двигатель”, расположенными на главном пульте управления;

в) защитными устройствами.

Требования к защитным устройствам:

1. Конструкция защитных устройств допускает возможность их отключения в режиме работы «Наладка». Расположение элементов отключения защитных устройств исключает доступ к ним посторонних лиц.

2. Конструкция защитных устройств, ограждающих опасные зоны вырубки пазов или пробивки отверстий, не должна мешать наблюдению за осуществлением технологического процесса.

 

8.3.3 Безопасность подъемно-траснпортных средств

 

Согласно ГОСТ 27584-88:

1. Механизмы подъема груза и изменения вылета снабжены тормозами закрытого типа, автоматически размыкающимися при включении привода;

2. Подача напряжения на электрооборудование крана от внешней сети осуществляется через вводное устройство (рубильник, автоматическое выключение) с ручным или дистанционным приводом;

3. Краны снабжены звуковым сигнальным устройством, который хорошо слышен в зоне работы крана, а также светильниками для освещения затемненных мест.

 

8.3.4 Безопасность напольного транспорта и грузопотоков

 

Грузопотоки направлены в основном вдоль пролетов здания, что соответствует общему расположению производственных участков. Границы транспортных дорожек ограждаются барьером или ограничиваются белой краской.

 

8.4 Безопасность оборудования

 

Безопасность оборудования согласно ГОСТ 12.2.017-93.

 

8.4.1 Безопасность работы на паровоздушных молотах

 

1. Конструктивное исполнение и расположение (компоновка) сборочных единиц и механизмов КПО обеспечивает свободный и безопасный доступ к инструменту, предохранительным и регулирующим устройствам для обслуживания.

2. Части КПО, находящиеся в зоне постоянного рабочего места и имеющие температуру более 45°С, закрываются оградительными кожухами или имеют теплоизоляцию.

3. Конструкция устройств регулировки и настройки не допускает возможность самопроизвольного изменения положения регулируемых элементов.

4. Крепежные соединения деталей и сборочных единиц КПО, рассоединение которых может привести к травмированию персонала, имеют устройства против самоотвертывания и разъединения.

5. Для КПО, сборочных единиц, деталей, съемных приспособлений и т.д. массой более 15 кг, неудобных для захвата грузозахватными средствами, предусматриваются специальные устройства (крюки, отверстия, приливы, рукоятки, рым-болты, резьбовые отверстия под рым-болты и т. д.) для надежной их строповки, безопасного перемещения грузоподъемными средствами во время транспортировки, монтажа и демонтажа.

6. Для управления работой КПО применяются одноручные, двуручные и педальные системы управления. Применение той или иной системы управления устанавливается в стандартах (технических условиях) на конкретные виды КПО.

7. Ножная педаль ограждена кожухом, открытым только с фронта обслуживания, исключающим возможность случайного воздействия на нее. Допускается расположение встроенной педали в проеме станины.

8. Для ограждения опасной зоны КПО применяются защитные устройства, например, передвижные и стационарные ограждения, двуручная система управления, бесконтактные защитные устройства, нажимные мосты и т.п. Применение того или иного защитного устройства устанавливается в стандартах или технических условиях на КПО.

 

8.5 Электробезопасность

 

Требования электробезопасности при воздействии электрических полей токов промышленной частоты по ГОСТ 12.1.002-76.

Рабочее напряжение в цехе равно . В этих условиях для обеспечения безопасности от поражения электрическим током рабочих применяются следующими меры:

1) Станины машин, корпуса электродвигателей, кожухи электроаппаратуры, а также другие металлические части оборудования заземлены и занулены в соответствии с действующими правилами устройства электроустановок.

2) Вся электроаппаратура машин и механизмов расположена в отдельных запираемых шкафах, на внутренней стороне дверок шкафов имеются электросхемы машин. Все наружные силовые кабели и кабели цепей управления

заключены в трубы. Рубильники находятся в стандартных корпусах из электроизоляционных материалов.

3) Для местного освещения не разрешается использовать напряжение более (рекомендуется использовать сеть с напряжением );

4) Опасные участки, генераторы, источники высокого напряжения оборудованы знаками предупреждения от опасности поражения электрическим током;

5) Не допускается пользоваться неисправными установками и производить ремонт, не допущенных к электрическим работам.

Электробезопасность обеспечивается: конструкцией электроустановок, техническими способами и средствами защиты.

К мерам предупреждения перегрузок и возможного замыкания в электрических цепях относится применение плавных предохранителей.

Работа по ремонту оборудования и механизмов проводится только после полного отключения от сети питания электроэнергией с обязательным вывешиванием в местах отключения предупредительных плакатов. Отключение и подключение электрических проводов производится дежурными электромонтерами.

 

8.6 Промышленная санитария

 

8.6.1 Микроклимат

 

Основными источниками неблагоприятных факторов на кузнечно-прессовом производстве являются масляные пары, образующиеся в результате контакта жидкости со штампуемым материалом, нагревающиеся в процессе деформации, и мелкодисперсная пыль (окиси железа, марганца, хрома, никеля т.д.), которая образуется в небольших количествах.

Метеорологические условия зависят от категории тяжести труда и периода времени года. Нормируемые метеорологические условия обеспечиваются отоплением (газовое), аэрацией, приточно-вытяжной вентиляцией, а при необходимости и кондиционированием воздуха.

В соответствии с СанПин 2.2.4.548-96 устанавливаются оптимальные и допустимые температурные условия рабочей зоны помещения в зависимости от тяжести труда:

Период года Категория

работ Температура воздуха,

Относительная влажность, % Скорость движения воздуха, м/с

Оптимальная Допустимая Оптимальная Допустимая, не более Оптимальная, не более Допустимая

Верхняя граница Нижняя

граница

На рабочих местах

Пост. Непост Пост Непост

Холодный Тяжелая 16…18 19 20 13 12 40…60 75 0,3 0,5

Теплый 18…20 26 28 15 13 40…60 70 (при и ниже) 0,4 0,2…0,6

 

8.6.2 Освещение

 

Искусственное и естественное освещение регламентируется СниП 23-05-95.

На участке кроме естественного освещения предусмотрено искусственное освещение.

Выполняемая работа по зрительной характеристике относится к работе средней точности, фоновая характеристика — средняя, контрастность — средняя.

Поэтому для естественной освещенности при среднем фоне и средней контрастности принимаем коэффициент КЕО = 3%, общее искусственное освещение должно составлять 200 лк, а комбинированное — 400 лк.

Мощность осветительной установки участка рассчитывается по формуле:

,

(8.1)

где – освещенность, ;

– площадь освещаемого участка, ;

– коэффициент запаса, ;

– средняя горизонтальная освещенность, .

 

.

 

8.6.3 Шум

 

Источником шума в данном производстве являются паровоздушные молоты, кривошипные прессы и средства механизации (напольно-рельсовые машины, шаржир-машины, подъемные краны и т.п.).

Общие требования к шуму регламентируются ГОСТ 12.1.003-83 «Шум. Общие требования к безопасности».

Согласно информации аттестационных с ОАО “Уральская кузница” шум от каждого молота воздействует с постоянным уровнем звукового давления .

Уровень шума превышает предельный допустимый уровень , что приводит к снижению работоспособности и болезни рабочих. Шум замедляет своевременную реакцию на предупредительные сигналы, обслуживающий внутризаводской транспорт, что может стать причиной несчастного случая.

Требуемое снижение шума определяется по формуле:

Определим требуемое снижение шума по формуле (7.3):

,

(8.2)

.

 

Мероприятия по снижению и защите от шума:

1. Оснащение шумных машин средствами дистанционного управления и автоматического контроля.

2. Использование рациональных режимов труда и отдыха рабочих.

3. Применение средств индивидуальной защиты органов слуха:

— наушники, закрывающие ушную раковину снаружи;

— вкладыши, перекрывающие наружный слуховой проход (беруши);

— каски и шлемы.

4. Применение средств звукоизоляции:

— звукоизолирующие ограждения зданий и помещений;

— звукоизолирующие кожухи;

— звукоизолирующие кабины;

— акустические экраны, выгородки.

 

8.7 Пожарная безопасность

 

Пожарная безопасность обеспечивается организационными мероприятиями, системой предотвращения пожаров и системой пожарной защиты в соответствии с требованиями СНиП 21-01-87 «Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений».

Для зданий и сооружений категории «Г» предусмотрены следующие требования:

1. Все строительные материалы по возгораемости принадлежат к трудносгораемым.

2. Между зданиями и сооружениями предусмотрены противопожарные разрывы шириной 12м.

3. К зданию участка обеспечен свободный подъезд свободных машин.

В соответствии с противопожарными нормами СНиП II-2-80 на участке предусмотрены эвакуационные выходы. Удаление газов и дыма из горящих помещений предусматривается производить через оконные проемы. Для обеспечения тушения пожара в цехе предусматривается установка пожарных кранов на водопроводной сети. В здании на участках установлены кнопочные пожарные оповещатели системы электрической и пожарной сигнализации. Участок снабжен огнетушителями, ящиками с песком, пожарными щитами. Количество пожарных щитов устанавливается из потребности одного щита на 150…200 м2 производственной площади. Производственная площадь проектируемого участка 9601 м2, значит, на нем требуется 64 пожарных щитов.

Ответственность за соблюдение необходимого противопожарного режима и своевременного выполнения противопожарных мероприятий возложена на начальника участка.

В случае пожара расход воды на пожаротушение равен 10л/с. Расход воды на пожаротушение рассчитан на тушение пожара в течение 3 часов.

.

Требования по обеспечению взрывобезопасности производственных и вспомогательных зданий и сооружений предусмотрены ГОСТ 12.1.010 – 76 «Взрывобезопасность. Общие требования».

Взрывобезопасность производственных процессов обеспечивается взрывопредупреждением и взрывозащитой, организационно-техническими мероприятиями.

1. Для предупреждения взрыва исключается образование взрывоопасной среды, возникновение источника инициирования взрыва.

2. Предотвращение образования взрывоопасной среды и обеспечение в воздухе производственных помещений содержания взрывоопасных веществ, не превышающего нижнего концентрационного предела воспламенения с учетом коэффициента безопасности достигается:

— применением герметичного производственного оборудования;

— применением рабочей и аварийной вентиляции;

— отводом, удалением взрывоопасной среды и веществ, способных привести к ее образованию;

— контролем состава воздушной среды и отложений взрывоопасной пыли.

3. Предотвращение образования взрывоопасной среды внутри технологического оборудования обеспечивается:

— герметизацией технологического оборудования;

— поддержанием состава и параметров среды вне области их воспламенения;

— конструктивными и технологическими решениями, принятыми при проектировании производственного оборудования и процессов.

Организационные и организационно-технические мероприятия по обеспечению взрывобезопасности включают:

1. разработку системы инструктивных материалов средств наглядной аггетации, регламентов и норм ведения технологических процессов, правил обращения с взрывоопасными веществами и материалами;

2. организацию обучения, инструктажа и допуска к работе обслуживающего персонала взрывоопасных производственных процессов;

3. осуществление контроля и надзора за соблюдением норм технологического режима, правил и норм техники безопасности, промышленной санитарии.

 

8.8 Охрана окружающей среды

 

Охрана труда непосредственно связана с охраной природы, так как очистка и обезжиривание сточных вод и выбросов в атмосферу, борьба с шумом и вибрацией и т. д. служат не только целью охраны труда, но и способствуют сохранению среды обитания человека.

Для спуска производственных и хозяйственных вод предусматриваются канализационные устройства.

Для очистки воды от масла предусмотрено устройство – отстойник периодического действия. В отстойнике очищаемая вода перемешивается с молотой известью или известковым молоком. Перемешивание производят барбомированием сжатым воздухом. Продолжительность отстаивания в отстойнике не менее 30 мин.

Кузнечно-прессовые цехи выделяют в атмосферу пыль, газы, пары и аэрозоли.

Концентрация пылевых частиц, окалины и графита, сдуваемых сжатым воздухом с поверхности ковочного оборудования и поковок, в воздухе рабочей зоны составляют 3,9…4,1 мг/м3.

При сжигании природного газа в воздух выделяются токсичные газы, в том числе и СО.

На участке установлены вытяжные устройства для удаления вредных выделений из рабочих зон. Для предотвращения попадания вредных веществ в окружающую среду, устройства снабжены фильтрующими материалами ФП с применением волоконных фильтров таких как, ФПП-15-1,5 или ФПП-15-0,6.

Волоконные фильтры представлены в таблице 8.2.

 

 

 

Таблица 8.2. Технические характеристики фильтрующих материалов

Показатель ФПП-15-1,5 ФПП-15-0,6

Внешний вид Равномерный волокнистый слой, нанесенный на подложку, без сквозных отверстий и просветов

Сопротивление потоку воздуха при расчетной скорости 1 см/с, Па 14,7

+2,9/–0,9 5,9

±0,1

Коэффициент проницаемости по масляному туману при расчетной скорости 1 см/м:

при приемо-сдаточных испытаниях, %, не более 0,01 0,5

в течение гарантийного срока, %, не более 0,1 3,0

Поверхностная плотность волокнистого слоя, г/кв.м. 30±5 16±3

Разрывная нагрузка волокнистого слоя, Н (кгс), не менее 1,18 (0,12) 0,00049 (0,05)

Рабочий температурный диапазон, °С от —200 до +60, и относительной влажности воздуха до 98%

 

Твердые отходы, в том числе и пыль, задержанную пылеулавливающими установками, которые нельзя утилизировать или использовать в качестве вторичного сырья, если они не содержат токсичных веществ, отвозятся на специально отведенные вне территории предприятия свалки. Сгораемые отходы при этом сжигаются.

Гражданская оборона представляет собой систему общегосударственных, оборонных мероприятий, направленных на защиту населения, создания необходимых условий для устойчивой работы объектов народного хозяйства в

военное время.

Инженерно-технические мероприятия заключаются в повышении устойчивости работ более важных участков и сооружений, которые могут быть повреждены в результате ядерного взрыва, а так же заблаговременной организации коллективной и индивидуальной защиты.

При строительстве зданий применены устойчивые конструкции с повышенной огнестойкостью.

На территории завода имеется бомбоубежище. Оно находится в постоянной готовности, которое служит для защиты рабочих и служащих в случае начала,

ядерной войны. Убежище расположено вблизи цехов и способно обеспечить надежное укрытие людей в течение 4…6 часов. Система снабжения водой базируется на двух источниках, удаленных друг от друга.

Так же в целях профилактики и поддержания постоянной готовности в случае ядерной войны, отделом гражданской обороны каждый год проводятся учения с привлечением всего персонала на заводе.

В случае начала войны предприятие быстро переналаживается на производство изделий, необходимых в военное время.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 Экономическая часть

 

9.1 План производства

 

9.1.1 Годовая производственная программа

 

Исходные данные и результаты расчета производственной годовой программы поковок “Шатун” и “Венец” представлены в п. 7.1.

 

9.1.2 Потребность в технологическом оборудовании

 

Исходные данные и результаты расчета потребного технологического оборудования приведены в п. 7.2.

 

9.1.3 Организация труда и заработной платы

 

Численность производственных рабочих определена в п. 7.3.

Определение фонда заработной платы и отчислений на социальные цели производится следующим образом:

,

,

,

(9.1)

где – годовой эффективный фонд времени рабочего, ;

– основная заработная плата производственных рабочих;

– часовая ставка бригады, руб/ч;

– дополнительная заработная плата производственных

рабочих;

– коэффициент премий, ;

– районный коэффициент, ;

– коэффициент дополнительной заработной платы, ;

– коэффициент отчислений на социальные цели, .

 

Исходные данные и результаты расчета приводятся в таблице 9.1 и таблице 9.2.

Таблица 9.1

Численность, заработная плата и отчисления на социальные цели производственных рабочих при изготовлении поковки Е1188

 

Агрегат Печь полумето-дическая Печь

камерная Молот 6т Молот 16т Обрезной пресс Кольцепро-

катный стан

Состав бригады (профессия,

специальность) нагревальщик подручный нагревальщик подручный кузнец подручный машинист штамповщик подручный машинист обрезчик подручный раскатчик подручный

Разряд рабочего 5 3 5 3 5 3 5 5 3 4 5 3 5 3

Принятая численность бригады 2 2 2 2 2 2

Коэффициент занятности рабочих 0,825 0,825 0,825 0,825 0,823 0,823 0,823 0,823 0,823 0,823 0,825 0,825 0,825 0,825

Оплата за смену, руб. рабочего 281,25 168,75 281,25 168,75 302,94 181,765 302,94 328,1875 196,91 262,55 343,75 206,25 366,425 219,855

бригады

450 450 787,65 787,65 550 586,28

Районная надбавка, руб.

(15%) 67,5 67,5 118,15 118,15 82,5 88

Премии, руб. (20%) 90 90 157,53 157,53 110 117,26

Основная заработная плата, руб. 607,5 607,5 1063,33 1063,33 742,5 791,5

Дополнительная зарплата, руб. (12%) 72,9 72,9 127,6 127,6 89,1 94,98

Отчисления на социальные цели, руб. (18,3%) 111,17 111,17 194,59 194,59 135,88 114,84

 

Таблица 9.2

Численность, заработная плата и отчисления на социальные цели производственных рабочих при изготовлении поковки Е1227

 

Агрегат Печь полумето-дическая Молот 6т Молот 16т Обрезной пресс

Состав бригады (профессия,

специальность) нагревальщик подручный кузнец подручный машинист штамповщик подручный машинист обрезчик подручный машинист

Разряд рабочего 5 3 5 3 4 5 3 5 5 3 4

Принятая численность бригады 2 2 2 2

Коэффициент занятности рабочих 0,785 0,785 0,783 0,783 0,783 0,783 0,783 0,783 0,783 0,783 0,783

Оплата за смену, руб. рабочего 281,25 168,75 510,2 306,125 408,2 470,96 282,58 470,96 270,83 162,5 216,67

бригады

450 1224,5 1224,5 650

Районная надбавка, руб.

(15%) 67,5 183,67 183,67 97,5

Премии, руб. (20%) 90 244,9 244,9 130

Основная заработная плата, руб. 607,5 1653,07 1653,07 877,5

Дополнительная зарплата, руб. (12%) 72,9 198,37 198,37 105,3

Отчисления на социальные цели, руб. (18,3%) 111,17 302,5 302,5 160,6

 

Таблица 9.3

Численность и заработная плата с начислениями на социальные цели

аппарата управления цеха (ИТР)

№ 1 2 3 4 5 6

Должность Начальник

участка Зам. Начальника участка Начальник смены Сменный мастер Механик Технолог

Численность 1 1 2 4 1 1

Месячный

оклад, тыс. руб. 30 25 20 15 15 15

Поясная надбавка, 15% 4,5 (15) 3,75 (15) 3 (15) 2,25 (15) 2,25 (15) 2,25 (15)

Премии, тыс. руб. (%) 12 (40) 10 (40) 4 (20) 3 (20) 3 (20) 3 (20)

Отчисления на социальные цели, тыс. руб. (18,3) 12 10 8 6 6 6

Заработная плата с отчислениями на социальные цели, тыс. руб. 34,5 28,75 19 11,25 11,25 11,25

 

 

9.1.4 Организация технического обслуживания и ремонта оборудования

 

Для определения затрат, на ремонт, содержание и эксплуатацию оборудования SРСЭО может быть использован упрощенный расчет по формуле (8.2)

, (9.2)

где kРСЭО – коэффициент, учитывающий РСЭО от величины основной заработной платы производственных рабочих.

В зависимости от уровня автоматизации и механизации производственного процесса, мощности оборудования и его загрузки он может колебаться в широких пределах (kРСЭО=2,5…10). Принимаем kРСЭО=5.

 

Расчёт численности вспомогательных рабочих, обслуживающих оборудование приведен в п.п. 7.4 данного дипломного проекта.

Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования рассчитываются по статьям:

– заработная плата с отчислениями на социальные цели;

– затраты на материалы (в том числе и на запасные части);

– амортизация.

 

Исходные данные и результаты расчетов приводятся в таблице 9.4.

Таблица 9.4

Основные средства (фонды) и амортизационные отчисления

Годовая сумма амортизационных отчислений, тыс.руб. 119,94 20,6 431,01 13,675 23,88 22,95 22,45 654,505

Годовая норма амортизационных отчислений,

% 2,7 3,2 9,2 10,8 7,3 14,5 13,3

Стоимость основных средств, млн.руб. 4442,17 643,64 4684,85 126,62 327,1 158,27 168,82 10551,47

Стоимость основных средств к стоимости здания, рабочих машин и оборудования, % 100 16 100 3 3,2 3,7 3,9

Структура основных средств, % 42,1 6,1 44,4 !,2 3,1 1,5 1,6 100

Наименование

основных средств Здания Сооружения Машины и оборудование Из них: измерительные и регулирующие приборы и устройства и лабораторное оборудование вычислительная техника Транспортные средства Инструмент, производственный и хозяйственный инвентарь

и другие виды основных фондов Итого:

 

Затраты на эксплуатацию оборудования включают в себя основную и дополнительную заработную плату вспомогательных рабочих с отчислениями на социальные цели и стоимость вспомогательных материалов.

Порядок расчета затрат на заработную плату и отчислений на социальные цели аналогичен расчету соответствующих затрат для производственных рабочих.

Стоимость вспомогательных материалов, необходимых для ухода за оборудованием и содержанием его в рабочем состоянии приведена в таблице 8.6.

Затраты на текущий ремонт оборудования и транспортных средств состоят из основной и дополнительной заработной платы ремонтных рабочих с отчислениями на социальные цели (определяются по трудоемкости ремонтных работ и рассчитываются аналогично соответствующим затратам производственных рабочих) и стоимости вспомогательных материалов, расходуемых на ремонт (определяется тем же процентом от заработной платы рабочих).

Величина износа малоценных и быстроизнашивающихся инструментов и приспособлений принимается в размере 0,5 минимального месячного оклада на одного производственного и вспомогательного рабочего, обслуживающего оборудование.

Прочие расходы на содержание и эксплуатацию оборудования принимаются в размере 5% от суммы предыдущих затрат.

 

9.1.5 Основные и вспомогательные материалы для технологических целей

 

Расход основного материала в тоннах на годовую программу G рассчитывается по формуле (8.6)

, (9.3)

Потребность и затраты на сырье и основные материалы, возвратные отходы представлены в таблице 9.5

Таблица 9.5

Потребность и затраты на сырье и основные материалы, возвратные отходы

Номер детали Е1188 Е1227

Материал (наименование, марка, профиль) 45ХН 40ХГМ

Потребность

и отходы на

деталь, кг Расход 229 123,1

вес 215 110,5

отходы безвозратные 6,87 3,693

возвратные лом 7,13 8,907

Программа выпуска, шт. 10000 30000

Объем производства, т. 2150 3315

Программа запуска, шт. 10100 30300

Потребность на программу, т. 2171,5 3348,15

Коэффициент использования металла 0,5 0,49

Оптовая цена металла, руб/т 12500 17500

Траспортно-заготовительные расходы к оптовой цене,

руб. (%)

1,5

1,5

Отходы на программу, т. Безвозвратные 69,387 111,8979

возвратные лом 72,013 269,8821

Сбытовые цены,

руб./т. возвратные лом 4140 2790

Стоимость возвратных отходов, руб. 298133,82 752971,059

Итого (без стоимости возвратных отходов), тыс. руб. 27143,75 58592,625

 

Расход вспомогательных материалов на технологические цели определяется по нормам расхода qв на расчетную единицу и количеству расчетных единиц.

.

Исходные данные и результаты представляются в таблице 9.6.

Таблица 9.6

Наименование материалов Единица измерения Расчётная единица Норма расхода Потребность на программу Цена за единицу, руб. Затраты на вспомогательные материалы, тыс. руб.

Смазочные и промывочные масла м3 т 9 22081 50 1104,05

Химические материалы кг т 2,8 6869,7 180 1236,546

Текстильные материалы кг т 0,8 1963 35 68,705

Различные материалы для ремонта нагревательных установок кг т 4,2 10304,5 300 3091,35

Прочие материалы кг т 2,8 6869,7 1000 6869,7

 

В статье «Сырье и материалы» учитываются затраты как на основные, так и на вспомогательные материалы для технологических целей Свм. Величина Свм определяется по той же формуле, что и для основных материалов.

Результаты расчета представляются в таблице 9.5

 

9.1.6 Электроэнергия и энергоносители

 

Годовой расход энергоносителей Эd определяется по нормам расхода энергоносителя qd на расчетную единицу, в качестве которой может быть взята тонна выпускаемой продукции.

, (9.4)

где Р – число расчетных единиц (годовая программа запуска, т).

Расчет стоимости энергоносителей приведен в таблице 9.7

Таблица 9.7

Потребность и стоимость энергии на общецеховые нужды

 

Наименование энергоносителя Единица измерения Расчётная единица Кол-во расчётных единиц Норма расхода Потребность в год Стоимость единицы, руб. Затраты на программ у, млн. руб.

Сжатый воздух м3 т 20162,15 430 м3/т 8669724,5 0,05 0,43

Пар т т 20162,15 150т/т 3024322,5 5 15,12

Вода м3 т 20162,15 18 м3/т 362918,7 5,56 2,02

Газ м3 т — — 12 888 920 1,21 15,6

Электроэнергия кВт ч

т 20162,15 50 кВт ч/т

277436,25 0,95 0,26

 

9.1.7 Технологическая оснастка

 

К технологической оснастке, применяемой на машиностроительном заводе, относится инструмент (рабочий, мерительный, вспомогательный, приспособления для механической обработки, модели для литья, штампы и т.д.). Главной составляющей технологической оснастки кузнечно-прессового производства являются штампы.

Затраты «Износ инструмента и приспособлений целевого назначения» и прочие специальные расходы Сn рассчитываются на основе годового расхода штампов по формуле (9.5)

, (9.5)

где ZШ – стоимость одного штампа, руб.; ZJ – затраты на один ремонт (восстановление) штампа, руб.

Стоимость молотовых штампов:

 

Стоимость обрезных штампов:

 

 

9.2 Организационный план и схема управления

 

9.2.1 Обслуживание и управление производством. Цеховые расходы

 

В разделе определяется состав и численность аппарата управления участка и цехового персонала, составляющего не более 20% от числа основных рабочих. Сведения о численности и расчет фонда заработной платы представляются в таблице 9.3.

Амортизация зданий, сооружений и инвентаря определяется аналогично амортизации машин и оборудования.

Расходы на содержание зданий, сооружений и инвентаря определяются по площади помещений и удельным затратам на метр квадратный площади помещений в размере 11% от минимальной месячной зарплаты за 1 кв.м в год.

Затраты на текущий ремонт зданий, сооружений и инвентаря принимаются в размере 1% от их балансовой стоимости

Расходы на испытания, опыты и исследования, рационализацию и изобретательство принимаются в размере 0,2% от затрат на сырье и основные материалы.

Затраты на охрану труда принимаются в размере 0,5 минимальной месячной оплаты труда (Смин) на производственного и вспомогательного рабочего, обслуживающего оборудование.

Величина износа малоценного и быстроизнашивающегося инвентаря принимается в размере 0,2Смин на производственного и вспомогательного рабочего.

Прочие цеховые расходы принимаются в размере 3% от суммы предыдущих затрат.

Результаты расчета цеховых расходов представляются в таблице 9.8. Расчет цеховой себестоимости продукции приводится в таблице 9.9.

 

Таблица 9.8

Цеховые расходы

Статья расхода Сумма, тыс. руб.

1. Содержание аппарата управления цеха

2. Амортизация зданий, сооружений и инвентаря (форма 14)

3. Содержание зданий, сооружений и инвентаря

4. Текущий ремонт зданий, сооружений и инвентаря (1% балансовой стоимости)

5. Испытания, опыты и исследования (0,2% затрат на материалы)

6. Охрана труда

7. Износ малоценного и быстро изнашивающегося инвентаря

8. Прочие расходы (3% от предыдущих затрат) 1 426

654,505

86409

 

864,09

19,621

200

40

2688,4

Итого: 92301,616

 

Таблица 9.9

Себестоимость продукции

Статья затрат Себестоимость годовой программы,

тыс.руб.

Е1188 Себестоимость годовой программы,

тыс.руб.

Е1227

1. Основные материалы

2. Возвратные отходы (вычитаются)

3. Вспомогательные материалы

4. Топливо и энергия на технологические цели

5. Основная заработная плата производственных рабочих

6. Дополнительная заработная плата производственных рабочих

7. Отчисления на социальные цели

8. Износ инструмента, приспособлений целевого назначения и прочие специальные расходы

9. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования

10. Цеховые расходы

10. Общецеховые расходы (50% от основной з/п)

12. Итого заводская себестоимость

13. Внепроизводственные расходы (2% от стр.12)

14. Полная себестоимость (стр.12+13)

15. Цена (30% от стр.14)

 

16. Цена с НДС (13%) (стр.14+15)

17 Прибыль 27143,75

 

298133,82

7422

 

2731,04

 

328,29

 

39,4

 

60,08

 

 

13,06

 

43637,157

16337,4

 

164,13

 

396010,127

 

47521,215

 

443531,342

 

576590,745

651547,542

133059,403 58592,625

 

752971,059

4948,35

 

3978,39

 

1209,76

 

145,17

 

221,39

 

 

9,39

 

42880,703

5445,795

 

604,88

 

871007,512

 

104520,9

 

975528,412

 

1268186,94

1433051,242

292658,528

 

9.3 Финансовый план

 

9.3.1 Капитальные вложения

 

В таблице 9.10 представлены прямые капитальные вложения:

Наименование Количество Стоимость единицы, тыс. руб. Общая стоимость, тыс. руб.

1. Кольцераскатный стан 1 1726,52 1726,52

2. Молотовой штамп Е1188 6 250 1500

3. Обрезной штамп Е1188 6 320 1920

4. Молотовой штамп Е1227 6 250 1500

5. Обрезной штамп Е1227 6 320 1920

6. Защитный экран 2 50 100

7. Захватный орган манипулятора 1 100 100

Для Е1188: ∑ = 5246,52

 

Для Е1227: ∑ = 3520

 

 

9.3.3 Экономическая эффективность предлагаемых технологических процессов

1. Чистый дисконтированный доход (ЧДД) определяется как сумма текущих эффектов за весь расчетный период, приведенная к начальному шагу, или как превышение интегральных результатов над интегральными затратами.

Если в течение расчетного периода не происходит инфляционного изменения цен или расчет производится в базовых ценах, то величина ЧДД постоянной нормы дисконта вычисляется пo формуле:

, (9.6)

где Т – горизонт расчета (равный номеру шага расчета, на котором производится ликвидация объекта);

Rt – результаты, достигаемые на t-том шаге расчета;

Зt – затраты, осуществляемые на том же шаге;

r – норма дисконта, равная приемлемой для инвестора норме доходности на капитал.

В нашем случае обычно принимаем Т=5; r=0,15. Капиталовложения осуществляются в течение первого года. Производство начинается со второго года и осуществляется с постоянными показателями чистой прибыли П. При этом:

, (9.7)

где Побщ – общая прибыль;

kнп — коэффициент, учитывающий налог на прибыль (kнп= 0,7).

Для поковки Е1188:

 

Для поковки Е1227:

 

 

 

Ниже представлены графики ЧДД:

 

 

 

Рисунок 9.1 – Графики ЧДД

 

Для поковки Е1188:

 

Для поковки Е1227:

 

 

2. Индекс доходности (ИД) представляет собой отношение суммы приведенных эффектов к величине капиталовложений

. (9.8)

где = П + амортизация,

Для поковки Е1188:

 

Для поковки Е1227:

 

3. Внутренняя норма доходности (ВНД) представляет собой ту норму дисконта (Евн), при которой величина приведенных эффектов равна приведенным капиталовложениям.

Иными словами, Евн (ВНД) является решением уравнения

, (9.9)

В нашем случае при шаге в 5 лет:

 

Для поковки Е1188:

 

Для поковки Е1227:

 

 

10 Список использованной литературы

 

1. Теория обработки материалов давлением. Сторожев М.В. и Попов Е.А. Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1971, 424 стр.

2. Технологический процесс 807.2634.17818-2003 изготовления поковки шифра Е1188 из стали 45ХН.

3. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т. Ред. совет: Семенов Е.И. и др. – М.: Машиностроение, 1986 – Т. 2. Горячая штамповка/Под. ред. Е.И. Семенова, 1986, стр. 592.

4. Брюханов А.Н. Ковка и объемная штамповка. Учебное пособие для машиностроительных вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1975, 408 стр.

5. Семенов Е.И. Ковка и объемная штамповка. Учебник для вузов. М. «Высшая школа», 1972, 352 стр.

6. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т. Ред. совет: Семенов Е.И. и др. – М.: Машиностроение, 1985 – Т. 1. Материалы и нагрев. Оборудование Ковка/Под. ред. Е.И. Семенова. 1985, 568 стр.

7. http://www.metalbase.ru.

8. Технологический процесс 807.2634.17701-2005 изготовления поковки шифра Е1227 из стали 40ХГМ.

9. ГОСТ 7505-89. Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски.

10. ГОСТ Р 511220-98. Колеса зубчатые тяговых передач тягового подвижного состава магистральных железных дорог. Заготовки. Общие технические требования.

11. ГОСТ 8479-70. Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали. Общие технические условия.

12. ГОСТ 19584-80. Блоки и сменные детали кривошипных прессов. Технические требования.

13. Бердникова Е.В. Алгоритмизация расчетов по технологии объемной штамповки с использованием вычислительной техники. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. – Челябинск. ЧПИ, 1989, 43 стр.

14. Попов Л.М. Схваты промышленных роботов: Учебное пособие для проектирования. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001. – 39 стр.

15. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя в 3-х томах. Т.3. – М. Машиностроение, 2000. – 859 стр.

16. Шехтер В.Я. Проектирование кузнечных и холодноштамповочных цехов. Учеб. Для студентов машиностроительных специальностей вузов. – М.: Высш. шк., 1991. – 367 стр.

17. Экк Е.В. Проектирование цехов обработки порошковых и композиционных материалов: Учебное пособие. – Челябинск. ЧГТУ, 1992. – 46 стр.

18. Трусковский В.И. Модернизация кузнечно-прессовых машин: Учебное пособие. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003. – 90 стр.

 

11 Приложения

 

Приложение А

 

Расчет массы поковки Е1188 получен при работе с программой Solid Works 2004.

Массовые характеристики поковки Е1188:

Плотность = 7850 килограммов на кубический метр.

Масса = 214,724 килограммов.

Объем = 0,02735 кубических метров.

Площадь поверхности = 63516,88 квадратных Миллиметры

 

Приложение Б

 

Расчет массы поковки Е1227 получен при работе с программой Solid Works 2004.

Массовые характеристики поковки Е1227:

Плотность = 7850 килограммов на кубический метр.

Масса = 110,48 килограммов.

Объем = 0,014 кубических метров.

Площадь поверхности = 162248,7 квадратных миллиметров

 

Приложение В

 

Расчет массы облоя поковки Е1227 получен при работе с программой Solid Works 2004.

Массовые характеристики облоя поковки Е1227:

Плотность = 7850 килограммов на кубический метр.

Масса = 14,54 килограммов.

Объем = 0,00185 кубических метров.

Площадь поверхности = 405251,23 квадратных миллиметров

 

Добрый день, уважаемая комиссия.

Целью данного дипломного проекта является проектирование участка горячей штамповки крупногабаритных поковок, а также разработка усовершенствованных технологий изготовления поковок “Венец” и “Шатун” с применением новой модернизации пресса усилием 16 МН и новой механизации.

Проектируемый участок входит в состав ОАО “Уральская кузница”.

АОА “Уральская кузница” – специализированное предприятие по выпуску поковок, изготавливаемых методом горячей объемной штамповки на молотах. Поковки АОА “Уральская кузница” пользуются огромным спросом на внутреннем промышленном рынке, т.к. они изготовлены на высоком техническом уровне и отвечают современным требованиям по точности изготовления. Практически ни одна отрасль промышленности России не обходится без поковок, изготавливаемых на данном предприятии.

Производственные связи завода налажены с более чем 300-ми предприятий мира. В последние 2-3 года значительно возрос объем продукции, поставляемой на экспорт. Основными экспортерами являются КНР, Югославия, США, Япония. Продукция завода идет для предприятий различных отраслей народного хозяйства.

Поковка “Венец” используется для изготовления ответственных деталей в тепловозостроении. Поковка “Шатун”(показываю лист) экспортируется в США, где используется для изготовления деталей уникальных машин и различного оборудования.

 

При анализе технологий изготовления поковок “Венец” и “Шатун” из сталей 45ХН и 40ХГМ были обнаружены следующие недостатки:

1. низкая производительность;

2. отсутствие центровки (соосности заготовки и штампа) на операциях формообразования приводит к неравномерному течению металла и образованию одностороннего большого облоя, а в целом к большому расходу металла;

3. большие энергосиловые затраты, вызванные использованием мощного оборудования при штамповке кольца;

4. существенные затраты на изготовление штамповой оснастки в связи с большими размерами штампованного кольца;

5. увеличенный расход металла на перемычку и облой при штамповке кольца большого диаметра;

6. изготовление поковок с повышенными припусками

7. существенные затраты, трудоемкость и экономическая нецелесообразность применения операций обработки резанием (сверление и расточка);

8. повышенный шум и вибрация.

 

Предлагается заменить в базовом техпроцессе изготовления поковки “Венец” операцию штамповки на молоте 25 т на совместную операцию штамповки на 16 т с раскаткой на раскатном стане КПС-750 (показываю лист). Опыт отечественной и зарубежной практики показал, что это является наиболее прогрессивным способом получения кольцевых деталей большого диаметра. Этот способ обеспечивает высокое качество кольцевых деталей по структуре и приводит к значительному снижению расхода металла.

Раскатка кольцевых деталей – технологическая операция формоизменения, посредством которой производится одновременное увеличение наружного диаметра и диаметра отверстия кольцевой поковки за счет локальной деформации, уменьшающей толщину стенки заготовки и профилирующей ее (показываю лист).

По схемам формоизменения раскатку кольцевых заготовок разделяют на открытую, полуоткрытую, закрытую и полузакрытую. В данном случае для получения гладких внутренних и наружных поверхностей кольца целесообразно применить открытую раскатку, т.к. она производительнее и проще, чем другие схемы раскатки.

При раскатке за счет локальной деформации увеличится деформация сдвига, что приведет к более мелкому зерну в ободе кольца. В дальнейшем после нарезки зубьев более мелкая структура повысит механическую прочность, а, следовательно, и срок службы кольца.

Представлены рабочие чертежи основных инструментов процесса раскатки – приводной и нажимной валок. (показываю лист).

Также для предлагаемого техпроцесса изготовления поковки “Венец” представлена технологическая оснастка: молотовой штамп (показываю лист) и обрезной штамп с выталкивателем на тягах с коромыслом и расположением матрицы и пробивного пуансона в нижней плите штампа (показываю лист).

 

Предлагается совместить в базовом техпроцессе изготовления поковки “Шатун” операцию предварительной штамповки на молоте 10 т и окончательной штамповки на молоте 16 т на операцию штамповки на молоте 16 т (показываю лист) в молотовом штампе, содержащим окончательный и предварительный ручей, что позволит уменьшить парк оборудования (показываю лист). Поковка горячая предварительная сконструирована таким образом, что после предварительного ручья в чистовом поковку получают осаживанием, что в свою очередь облегчает операцию штамповки.

Также предлагается заменить в базовом техпроцессе изготовления поковки “Шатун” операции обработки резанием (сверление и расточка) на операцию пробивки, совместить с операцией пробивки операцию правки. Для чего в дипломном проекте представлен совмещенный штамп для обрезки-пробивки-правки. Конструкция штампа представляет собой расположение правочной матрицы на тарельчатых пружинах, и расположение обрезной матрицы и пробивного пуансона в нижней плите штампа (показываю лист).

 

В разделе механизация представлен захватный орган ковочного манипулятора грузоподъемностью 2 т. Предлагаемый захватный орган более функциональный в отличие от базового, за счет появления в конструкции дополнительных рычагов и съемных губок(показываю лист). В пояснительной записке представлены расчеты усилия привода, усилия захвата и выбран необходимый гидроцилиндр.

 

В разделе модернизация кузнечно-штамповочного оборудования представлено устройство защитного экрана, предотвращающее травматизм при работе на прессах (показываю лист), в пояснительной записке представлен расчет необходимой шестерни.

 

Следует отметить, что предлагаемый участок спроектирован на базе действующего участка. На планировке (показываю лист) представлены две линии : для изготовления поковок круглых в плане с годовой программой выпуска 55 тыс. шт. и для изготовления длиноосных поковок с годовой программой выпуска 114,5 тыс. шт. В качестве основного оборудования выступают:

— 2 пламенные толкательные полуметодические печи;

— 1 пламенная двухкамерная печь;

— 2 ковочных паровоздушных молота с МПЧ 6 т;

— 2 паровоздушных штамповочных молота с МПЧ 16т;

— 2 однокривошипных закрытых пресса усилием 16 МН.

В качестве транспортных средств и средств механизации:

— краны грузоподъемностью 30/5 т и 160 т;

— напольно-рельсовые машины грузоподъемностью 1т;

— ковочный манипулятор грузоподъемностью 2т;

— шаржир-машины грузоподъемностью 2,5т.

На участке предусмотрены мероприятия по технике безопасности.

В разделе “Экономическая часть” представлены все необходимые расчеты для групп представителей, а, именно, поковок “Венец” c годовой программой выпуска 10 тыс. шт. и поковок “ Шатун” c годовой программой выпуска 30 тыс. шт. Посчитаны все необходимые показатели, построены графики ЧДД, из которых видно, что срок окупаемости