Характеристика кузнечных цехов по объему производства (годовому выпуску)

Цехи	Выпуск поковок в год, т
	кузнечные цехи ковки		кузнечные цехи объемной штампов­ки, имеющие сред­нюю массу поковки более 1 кг
	молотовые	прессовые
Мелкие…………….. Средние…………… Крупные……………	<1000 1000...50ОО >5000	<5000 5000...30 000 . >30000	<10000 10 000... 50 000 > 50 000

§ 64. Состав кузнечных цехов и производственная программа

В состав цехавходят производственные отделения, вспомогатель­ные отделения, склады, служебные и бытовые помещения.

К производственным отделениямотносятся: заготовительное отде­ление и основные производственные отделения ковочных молотов, ко­вочных прессов, штамповочных молотов, кривошипных горячештамповочных прессов, горизонтально-ковочных машин, термическое, очи­стное и правочно-чеканочное.

К вспомогательным отделениям, службам и устройствам относятся отделения (мастерские) по ремонту оборудования и штампов, энерге­тическое хозяйство цеха, нагревательные установки, пирометрическая станция, генераторная станция токов повышенной частоты, насосно-аккумуляторная станция, помещение для установки воздуходувок, по­мещение для санитарно-технических установок, лаборатория, техниче­ский контроль.

В кузнечных и кузнечно-штамповочных цехах имеются следующие склады: металла, заготовок, поковок, облоя, запасных частей; штам­пов, приспособлений, индукторов, электродвигателей, огнеупоров и кладовые инструмента и вспомогательных материалов.

К служебным и бытовым помещениямотносятся административ­ные, конторские для технической части, для установки счетно-решаю­щих машин, лаборатория, помещение для приема горячей и холод­ной пищи, помещения для общественных организаций, здравпункт, зал для физкультуры и отдыха, душевые, гардероб, санитарные узлы и др.

§ 65. Технологический процесс и оборудование

Основными факторами, определяющими выбор оптимального технологического процесса изготовления поковок для последующей меха­нической обработки, являются: конфигурация и геометрические раз­меры детали, соотношение размеров ее отдельных элементов, марка стали или другого металла и сплава, технические требования к изго­товлению, масштаб и конкретные производственные условия.

При разработке технологического процесса необходимо выбрать из числа возможных вариантов процес­са наилучший, отвечающий" проектируемым условиям производства. Основным критерием при выборе наилучшего варианта технологиче­ского процесса является обеспечение наименьшей себестоимости од­ной тонны поковок требуемого качества. Выбор варианта технологического процесса изготовления поковок определяется также объемом производства и специальными требованиями к выпускаемой продук­ции, Бели речь идет о реконструкции и техническом перевооружении существующего цеха, то необходимо учитывать имеющийся состав произ­водственного оборудования, если оно должно быть использовано после реконструкции. Однако и при проектировании новых цехов очень важно правильно учесть реальные возможности, связанные с условиями и сро­ками получения необходимого оборудования, и на этой основе произ­водить выбор его типажа.

Технологические процессы включают выполнение следующих основ­ных операций; разделка исходного материала на заготовки мерной длины, нагрев и термообработка, обработка давлением в целях придания необходимой формы, разделительные операции (разрубка, про­бивка, отрезка), отделочные операции — обдирка, очистка от окали­ны, удаление заусенцев (облоя), правка, калибровка (чеканка), консервация. Для разработки технологических процессов используются маршрутные ведомости (обычно проектные организации) или техно­логические (операционные) карты,

Технологические процессы включают выполнение следующих основ­ных операций; разделка исходного материала на заготовки мерной длины, нагрев и термообработка, обработка давлением в целях придания необходимой формы, разделительные операции (разрубка, про­бивка, отрезка), отделочные операции — обдирка, очистка от окали­ны, удаление заусенцев (облоя), правка, калибровка (чеканка), консервация. Для разработки технологических процессов используются маршрутные ведомости (обычно проектные организации) или техно­логические (операционные) карты.

Нагрев заготовок. Передача тепла от поверхности внутрь заготовки зависит от теплопроводности, теплоемкости и плотности (удельного веса) металла. Чем выше теплопроводность металла, тем быстрее тепло проходит внутрь заготовки, тем меньше времени требуется на выравнивание температуры по поперечному сечению изделия. Теплопроводность за­висит от рода металла, химического состава сплава и температуры, Например, чем больше примесей содержит сталь, тем обычно меньше ее теплопроводность. С повышением температуры коэффициент тепло­проводности легированных сталей повышается, а углеродистых-понижаеться. При температуре 700—800° С коэффициенты теплопровод­ности этих сталей выравниваются.

Чем выше теплоемкость металла, тем больше времени требуется для выравнивания температуры внутри заготовки. Углеродистые ста­ли обладают меньшей теплоемкостью, чем легированные.С повышением плотности сплава время для выравнивания температуры увеличивается.

Во всех случаях при нагреве заготовки получается перепад температуры по поперечному сечению. Этот перепад тем больше, чем больше сечение нагреваемой заготовки и чем быстрее производится на­грев. Вследствие образующегося перепада температуры в металле и неравномерного теплового расширения по сечению заготовки создаются значительные напряжения, которые при определенных условиях могут привести к его разрушению.

Возникающие в металле напряжения, даже при очень быстром нагреве, меньше тех, которые может выдержать металл. Однако если в металле имеются остаточные напряжения, получившиеся от предыдущих тепловых и пластических деформаций при прокатке, охлаждении металла после прокатки и пр., то они, суммируясь с напряжениями получаемыми при нагреве, могут превзойти допускаемые и вызывают образование трещин. Отожженный металл можно нагревать поэтами быстрее.

При температурах выше 550° С все стали, в том числе и легированные, становятся более пластичными и поэтому дальнейший резкий подъем температуры не вызывает нарушения целостности нагреваемого металла. Многие стали обладают высокой пластичностью и при более низких температурах — в интервале- 0...550⁰ С, поэтому их можно нагревать весьма быстро и в этом температурном интервале.

Таким образом, при выборе режима нагрева необходимо учитывать род и марку материала, наличие остаточных напряжений от предыдущих операций, а также в области каких (низких или высоких) температур происходит нагрев металла.

Основными величинами, характеризующими режим нагрева ме­талла перед штамповкой, являются температура печи при посадке за­готовок, скорость нагрева металла, конечная температура нагрева, время выдержки (витиримки) при заданной температуре, общая продолжительность (тривалість) нагрева, температурный интервал штамповки или ковки.

В зависимости от материала заготовки, формы и размера профиля нагреваемого металла устанавливается температура печи. Для подав­ляющего большинства конструкционных сталей при сечении заготовок до 100 мм посадка их может производиться в печь е температурой 1200... 1300° С.

Скоростью нагрева называют увеличение температуры металла в градусах за единицу времени. Скорость нагрева зависит от температуры рабочего пространства печи И теплопроводности металла. Чем выше температура в рабочем пространстве, тем быстрее происходит на­грев металла. Чем выше теплопроводность, тем быстрее передается тепло от поверхности заготовки внутрь нее, Перепад температур меж­ду рабочим пространством печи и нагретой заготовкой в обычных пла­менных печах принимается обычно порядка I50° С.

Продолжительность (тривалість) нагрева заготовок является одним из наибо­лее важных вопросов технологии кузнечного производства. На продолжительность нагрева влияют форма и размеры заготовки, ее теп­лопроводность и температуропроводность, температура печи и конеч­ная температура нагреваемой заготовки, а следовательно, и темпера­турный перепад.

Нагрев заготовок перед ковкой и штамповкой может осущест­вляться в пламенных (полум'яних) печах и электрических нагревательных устрой­ствах. В массовом и крупносерийном производствах используют мето­дические, карусельные (с вращающимся (обертовим) подом) и щелевые (щілинні )пламен­ные печи, в серийном, мелкосерийном и индивидуальном производст­вах камерные, а иногда также щелевые пламенные печи. пламя

В последнее время все более широкое распространенно получают электрические нагревательные устройства, которые разделяются на печи сопротивления, печи контактного нагрева и индукционные нагрева­тели. Наиболее прогрессивен нагрев заготовок в индукционных нагре­вателях, обеспечивающих высокую скорость нагрева, вследствие чего уменьшается образование окалины на поверхности заготовок. Для пи­тания индукционных нагревателей могут применяться токи промышлен­ной (низкой) частоты 50 Гц, повышенной частоты 500...8000 Гц и высо­кой частоты 10000 Гц и выше. Токи промышленной частоты, вследствие малой эффективности, почти не применяют. Токи высокой частоты ис­пользуют для нагрева специальных сплавов и некоторых цветных ме­таллов. Для нагрева стальных заготовок почти всегда используют то­ки повышенной частоты.

Источниками (Джерелами) тока для индукционных нагревателей могут служить машинные (однофазные) преобразователи и статические ионные и тиристорные преобразователи. Машинные преобразователи устанавливают на пол, на виброизолирующие опоры без фундамента в закры­том, вентилируемом помещении. В воздухе должны отсутствовать вредные примеси и газы, разрушающие изоляцию. Однотипные ма­шинные преобразователи могут работать параллельно. Статические преобразователи предназначены для работы в закрытых помещениях, в местах, защищенных от попадания воды, масла и пр., на высоте над уровнем моря не более 1000 м. Окружающая среда — невзрывоопас­ная, не содержащая значительного количества агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию, не насыщенная токопроводящей пылью и водяными парами. Температура окружающего воздуха от 0 до +40° С, относительная влажность не бо­лее 90% при 20° С и не более 50% при 40° С.

При выборе источников (джерел) питания индукционных нагревательных установок следует исходить из следующих показателей, характеризу­ющих статические и электромашинные преобразователи.

Коэффициенты полезного действия машинных преобразователей (перетворювачів) частоты при номинальной нагрузке находятся в пределах от 80 до 90% в зависимости от мощности преобразователей. При снижении на­грузки до 25% значения к. п. д. падают до 50% у преобразователей малой мощности и до 80% у мощных преобразователей.

К. п. д. стати­ческих преобразователей практически не зависят от мощности и вели­чины нагрузки и составляют 90—95%. Потери холостого хода у ма­шинных преобразователей 10...12%, у статических — 3...4% от номи­нальной мощности.

Средний удельный расход электроэнергии при нагреве 1 т загото­вок до 1200...1250° С и использовании машинных преобразователей — 450...500 кВт*ч (1,6*10⁶...1,8*10⁶ кДж), статических преобразователей — 400...450 кВт*ч (1,45*10⁶...1,6*10⁶ кДж). Преимуществом (Перевагою) последних является большая возможность плавного изменения частоты тока. При изменении в процессе нагрева параметров нагрузки одновременно ме­няется частота тока источника питания, что обеспечивает оптималь­ную настройку контура нагревателя и стабилизацию выходного напря­жения преобразователя.

Вес комплектаоборудования у статического преобразователя в 1,5...3 раза (в зависимости от типа преобразователя) меньше, чем у машинного.

При выборе типа статических преобразователей частоты (ионных или тиристорных) необходимо учитывать, что к. п. д., потери холостого хода, коэффициенты мощности, возможность плавного регулирования частоты тока и диапазоны частот у преобразователей ионных и тири­сторных практически равноценны; тиристорные преобразователи за­нимают в 1,5...2 раза меньше площади, чем ионные. Тиристорные пре­образователи целесообразно применять в качестве источников пита­ния отдельных потребителей и устанавливать вблизи них. Ионные преобразователи более целесообразно использовать в системе центра­лизованного питания, что связано с возможностью их размещения от потребителей на расстоянии до 200 м. Преобразователи этого типа требуют для согласования их параметров с параметрами нагрузки применения высоковольтного понизительного трансформатора повы­шенной частоты и в связи с этим более сложных условий обеспечения требований техники безопасности по сравнению с существующими тиристорными преобразователями, у которых высоковольтная аппарату­ра отсутствует.

Для питания нагревателей током повышенной частоты применяют, как централизованное, так и индивидуальное питание. В первом случае несколько генераторов повышенной частоты подключают параллельно к сборным шинам распределительного устройства, от которых раздель­ными фидерами питание током повышенной частоты подается к от­дельным нагревателям. Для передачи энергии повышенной частоты используют силовые двух-, трех- или четырехжильные кабели с бумажной пропитанной изоляцией или коаксиальный кабель.

Схемы и конструктивные решения генераторных станций предусма­тривают как индивидуальное, так и централизованное питание нагревателей.

Выбор места расположения генераторной станции, питающей индукционные нагреватели, следует производить из расчета, чтобы длина токопроводов от шин генераторной станции с электромашинными преобразователями частотой 2500 Гц не превышала 150 м, с преобразователями частотой 8000...10000 Гц—100 м и с ионными преобра­зователями типа СЧГ-200 м. Помещения для генераторов должны быть оборудованы грузоподъемными механизмами грузоподъемностью, рассчитанной на полную массу наиболее мощных преобразова­телей.

Технология и оборудование при ковке. Ковка при­меняется преимущественно в мелкосерийном и индивидуальном произ­водствах. В качестве оборудования используются ковочные паровоз­душные и пневматические молоты, ковочные гидравлические и паро­гидравлические прессы. На ковочных и парогидравлических прессах изготавливают крупные поковки. По массе поковки очень разнооб­разны и достигают 100 т и более.

Обычно заготовкой для ковки под прессом служит слиток, имею­щий многогранную форму поперечного сечения.

Первая операция при ковке слитка под прессом состоит в оттяжке хвоста под патрон. Хвост, как правило, оттягивают со стороны при­быльной части слитка, реже — со стороны поддона. Биллетировка слит­ка — вторая операция при ковке слитка (биллетировка — это обжатие ребер для придания заготовке формы тела вращения). Рубку производят как в вырезных, так и на плоских бойках: в вырезных бойках — заготовки круглых сечений, на плоских бойках — пластины, а также по­ковки прямоугольных сечений. После биллетировки слиток осаживают. При небольших поковках осадку слитка производят под плоскими бой­ками без плит. При ковке поковок из крупных слитков осадку производят при помощи накладных плит, причем одну плиту, имеющую форму коль­ца, помещают на стол пресса, а вторую накладывают поверх слитка. Выемка в осадочных плитах способствует центровке слитка под прес­сом. При наличии у поковки отверстия в процессе ковки производят прошивку.

Ковочные молоты подразделяются на паровоздушные и пневмати­ческие.

Паровоздушные ковочные молотыпредназначены для изготовления поковок средней массы ковкой преимущественно из прокатанных заго­товок, а также для ковки в подкладных штампах.

По типу станины молоты разделяются на одностоечные и двухстоечные. В СССР изготовляют двухстоечные молоты с массой падающих частей от 1 до 5 т.

Ковочные пневматические молоты предназначены для изготовления поковок малой массы ковкой из прокатанных заготовок. В СССР изго­товляют пневматические молоты одностоечного типа с параллельно рас­положенными рабочими и компрессорным цилиндрами (в одной отлив­ке со станиной). Пневматические ковочные молоты изготовляют массой падающих частей от 75 до 1000 кг.

Ковочные гидравлические прессы предназначены для изготовления поковок преимущественно из слитков. По типу станины разделяются на двухколонные и четырехколонные. Ковочные гидравлические прессы изготовляют усилием от 1250

до 150 000 кН.

Выбор типа и мощности ковочного оборудования производят исходя из конструктивно-технологических характеристик и массы входящих в заданную программу поковок с учетом особенностей деформирования различных материалов (табл. VIII.19).

Определение потребного количества оборудования производят по средним показателям часовой производительности (продуктивність) оборудования, уста­новленным на основе расчетов и обобщения опыта передовых кузнеч­ных цехов. При расчете потребного количества ведущего оборудования следует учитывать коэффициент неизбежных простоев оборудования. Этот коэффициент составляет: для молотов до 5 т — 0,95...0,92, свыше 5т — 0,93...0,90; для прессов до 8000 кН —0,95..,0,92; 12 500...32000кН -0,93...0,90,

Таблица VIII.l9