Технологические процессы аппаратостроения. Методические указания к практическим занятиям

Министерство образования и науки России Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ АППАРАТОСТРОЕНИЯ

Методические указания к практическим занятиям

Казань Издательство КНИТУ

2016

1

УДК 621.01.001.24:663/665.3.010 (075.8)

Составители: ассист. В. В. Харьков доц. Г. Х. Гумерова

Технологические процессы аппаратостроения : методические указания к практическим занятиям / сост. : В. В. Харьков, Г. Х. Гумерова; М-во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т.

– Казань : Изд-воКНИТУ, 2016. – 24 с.

Составлены в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего образования по направлению 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», учебным планом и рабочей программой по дисциплине.

Рассмотрены некоторые операции технологических процессов производства элементов емкостной аппаратуры, даны основные характеристики оборудования, на котором выполняются эти операции, приведены рекомендации к расчетам настройки этого оборудования, изложены методы расчета и построения разверток элементов аппаратуры.

Предназначены для студентов очной и заочной форм обучения, изучающих дисциплину «Технологические процессы аппаратостроения».

Подготовлены на кафедре оборудования пищевых производств.

Печатаются по решению методической комиссии факультета пищевой инженерии КНИТУ

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. Р. Г. Сафин д-р техн. наук, проф. В. А. Лашков

2

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1

Тема: Правка заготовок, выбор припусков и расчет размеров заготовок. Раскрой и механическая резка листового проката. Обеспечение точности заготовок.

Заданы размеры цилиндрического корпуса аппарата; назначена марка стали, из которой изготовлен аппарат; приведены прочностные характеристики материала; определен характер заготовок.

Лист

Б – ПН – О – (S) × 1000 × 4000 ГОСТ 19903–90

12Х18Н10Т – М3б ГОСТ 7350-77

Согласно этому обозначению сталь листовая горячекатаная термически обработанная, травленая, марки 12Х18Н10Т; МЗб группы поверхности согласно ГОСТ 7350–77.

Сталь нормальной точности проката (Б) и нормальной плоскостности (ПН), с обрезанной кромкой (О), с размерами листа (S)×B×L = (S)×1000×4000 мм. Сортамент стального листа соответствует ГОСТ 19903–90 (Сталь листовая горячекатаная. Сортамент).

При разгрузочно-погрузочных работах, при транспортировке и хранении материал может получить различные дефекты: искривления и деформации прокатных профилей, труб, листов. Материал заготовки правят во всех случаях, когда отклонения от геометрии превышают допускаемые значения, или в тех случаях, когда к конструкции изделия предъявляются повышенные требования по точности.

Холодную правку листового проката выполняют на роликовых листоправильных машинах-вальцах с числом валков от 7 до 17 шт. Лист выправляется в результате остаточных деформаций, возникающих при многократном знакопеременном изгибе его между валками. Расстояние между верхним и нижним рядами валков меньше толщины листа.

После правки листы размечают, предварительно назначив припуски на обработку кромок, рассчитав точные размеры заготовок и допуски на эти размеры. Развертки крупногабаритных конструкций выполняют из нескольких листов. В таких случаях допуски на отдельные листы следует согласовать с допусками на развертку целого корпуса.

3

Механическую резку заготовок для цилиндрических обечаек производят на гильотинных ножницах, а резку заготовок для фланцев, днищ и крышек — на дисковых ножницах. Если толщина листа близка к предельной для ножниц, то необходимо выполнить оценку усилий резания с учетом прочностных характеристик материала заготовки.

Исходные данные к расчетному заданию

упругости материала. Характеристики листоправильных машин: n — число валков; t — шаг между валками (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Последовательность расчета

1. Расчет процесса правки заготовок.

1.1. Рассчитать расстояние между верхним и нижним рядами валков листоправильной машины по формуле:

где E и σΤ — в МПа, а S и t — в мм.

4

Рассчитать усилие правки на верхнем (нижнем) ряду валков

где B — в мм.

2. Определение размеров заготовок, выбор припусков, расчет допусков на размеры заготовок.

2.1. Рассчитать приближенные размеры развертки корпуса и назначить предварительно размеры листов с учетом требований:

а) максимальная длина заготовки, согласно принятому сортаменту проката не должна превышать 4000 мм (l'

4000 мм);

б) минимальная длина замыкающего элемента в обечайке должна быть не менее 400 мм (l" 400 мм);

в) минимальная высота замыкающей обечайки сборного корпуса должна быть не менее 400 мм (h" 400 мм).

г) количество продольных сварных швов должно быть минимальным.

С учетом этих требований принимаем приближенные размеры развертки корпуса L' π D S , H' H и назначаем приближенные размеры карт заготовок (рис. 1).

Рис. 1. Схема карты развертки

2.2. Определить точную длину развертки с учетом припусков на обработку, сварочных зазоров и усадки сварных швов

5

где Sф S 00,,83 S 0,3 — фактически замеренная толщина листового проката, мм; a 0,005D — допускаемая овальность корпуса

аппарата, мм; b1 2 12 2мм — величина зазора между листами при сборке под сварку на каждый стыковой шов; b2 0,5мм — припуск на

обработку каждой кромки; c — усадка сварного шва, мм, которая определяется экспериментально, либо рассчитывается по методике, рекомендуемой в технологии сварки, принимаем с 0,5 мм.

Примечание: при расчетах следует учесть, что корпус будет выполнен с двумя продольными сварными швами и с одним поперечным.

2.2. Определить точную высоту заготовки

2.3. Рассчитать допуски на листы заготовок из условий: l 0,3мм/м — допуск на длину развертки;

h 0,5 мм/м — допуск на высоту развертки;

Д 0,2мм/м — допуск на разность длин диагоналей листа. Результаты расчета представить в сводной таблице 1.2.

Таблица 1.2

3. Определение усилий резки на гильотинных и дисковых ножницах и мощности привода гильотинных ножниц.

3.1. Рассчитать усилие резания листа на гильотинных ножницах

где ср 0,6 Τ — предел прочности материала на срез, МПа; K 1,75

— коэффициент, учитывающий притупление ножей и зазор между

6

ними; 3 — угол наклона верхнего ножа гильотины. 3.2. Мощность привода ножниц, необходимая для резки

где A Pг h — работа за один ход ножа, Н∙м; h a l' tg — высота хода ножа, м; l' — наибольшая из длин заготовок, м; a S 0,01м —

зев между ножами, м; f n / 60 — число ходов ножа в секунду, n 30 — число ходов ножа в минуту; 0,75 — к.п.д. привода.

3.3.Рассчитать усилие резания на дисковых ножницах для вырезки заготовки крышки аппарата из листа толщиной S1 S 2мм

где K 1,3 — коэффициент усилия реза; 16 — угол реза дисков.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2

Тема: Гибка сортового и профильного проката, гибка труб. Расчет усилий гибки, расчет размеров заготовок для змеевиков.

При изготовлении множества различных деталей широко используют операции гибки заготовок из сортового или фасонного проката, из лент, полос и труб. Гибку производят в холодном или в горячем состоянии. В процессе гибки материал деформируется с сохранением остаточных деформаций, т.е. напряжения в стенке должны достигать предела текучести. Вместе с тем, чтобы избежать появления в материале заготовки трещин, надрывов, расслоений, гофр и других дефектов, деформации не должны превышать допускаемых значений.

Для гибки проката и труб используют кузнечно-прессовое оборудование, специальные гибочные станки и машины, вальцы для гибки листового проката, дисковые ножницы с установкой гибочных роликов вместо режущих дисков и другое оборудование.

При холодной гибке в материале сохраняются упругие деформации, в результате которых изделие пружинит и частично

7

восстанавливает первоначальную форму. Учитывая это явление, назначают меньшие радиусы оправок и большие углы изгиба по сравнению с размерами на чертеже. Расчет усилий, возникающих при гибке заготовки, производят для оценки возможностей гибочного оборудования, на котором намечается проведение операции.

Исходные данные к расчетному заданию

(табл. 2.1); даны момент инерции сечения профиля J , см4, и расстояние от линии гиба до нейтральной оси профиля Z0 , см.

3.Заданы прочностные характеристики материала: предел текучести , МПа, и модуль упругости E = 200 ГПа.

4.Приведён радиус гибочного ролика машины rВ , мм.

5.Задан диаметр трубы для изготовления змеевиков dтр , мм.

Таблица 2.1

8

Последовательность расчета

1. Расчет размеров заготовок колец жесткости и опорных колец. 1.1. Рассчитать размер заготовки кольца жесткости, которое

крепится на стенке аппарата снаружи

где Dн — наружный диаметр аппарата, мм; b1 1,5мм — сварочный зазор на один сварной шов при сборке под сварку; b2 =0,4мм — припуск на обработку одной кромки; c=0,2мм — величина усадки

сварного шва.

Примечание: кольца изготовляют из двух полуколец.

1.2. Рассчитать размер заготовки опорного кольца, которое устанавливается на внутренней стенке аппарата

1.3. Каждое кольцо выполняется из двух полуколец. Назначить размеры всех четырех заготовок и рассчитать допуски на эти размеры:

2. Расчет усилий гибки колец (расчеты выполнить только для кольца жесткости, рис. 2).

9

Рис. 2. Схема сил на валах гибочной машины

2.1. Рассчитать значение коэффициента гибки

поверхностью гиба, мм.

2.2. Рассчитать отношение радиуса гиба к радиусу оправки

10