3.3 Построение температурного графика нагрева

Одним из способов расчета продолжительности нагрева металла – расчет по критериальным зависимостям. Этот расчет производится с использованием критерия Био, критерия Фурье, температурного коэффициента, а также с привлечением графиков Будрина. По результатам такого расчета строится температурный график нагрева металла.

Температурный график нагрева под горячее формообразование – основа теплового конструкторского расчета печи. По графику выбирают необходимые для расчета значения температуры продуктов сгорания и нагреваемой садки.

Для расчета времени нагрева и построения температурного графика воспользуемся уточненными значениями критерия Био и суммарного коэффициента теплоотдачи.

Расчет производят в следующей последовательности:

1. Определение критерия Био.

Ранее определено, что уточненный критерий Био Bi = 0,42

2. Определение температурного коэффициента для поверхности заготовки.

Температурный коэффициент для поверхности заготовки определяют по следующей формуле:

(3.26)

где t_печ – температура печного пространства, °С;

и – температуры поверхности металла в начале и конце нагрева соответственно.

По формуле (3.26):

3. Определение по графикам Будрина для поверхности цилиндра критерия Фурье при известном критерии Био и температурном коэффициенте.

Критерий Фурье F_О = 3,5.

4. Определение времени нагрева.

Время нагрева определяют из выражения:

(3.27)

где F_O – критерий Фурье;

τ – время нагрева, с;

a – коэффициент температуропроводности, м²/ч;

S – расчетная толщина нагреваемого тела, м.

Ранее определено, что коэффициент температуропроводности

м²/ч. Из формулы (3.27):

с;

с = 0,182 ч.

5. Определение температуры поверхности и центра металла при времени нагрева τ^| равном половине основного времени.

с;

c = 0,091 ч.

1. Критерий Фурье:

2. Температурные коэффициенты для центра и поверхности металла.

Определение этих коэффициентов является обратным действием определения критерия Фурье:

3. Температуры металла в центре и на поверхности:

°С; (3.28)

°С;

°С; (3.29)

°С.

Для построения температурного графика необходимо также знать конечную температуру металла в центре и на поверхности. Конечная температура металла в центре должна соответствовать максимальной температуре ковки. Для стали Ст3 по справочной литературе эта температура составляет:

°С [4]. Конечную температуру на поверхности металла можно определить по формуле [4]:

°С, (3.30)

где – максимальная температура ковки;

Δt_кон – конечный перепад температур между поверхностью металла и его центром.

Перепад температур определяют по выражению:

°С, (3.31)

где δ_t – удельная неравномерность прогрева садки, °С/см;

x – характерный размер садки, см.

Удельную неравномерность прогрева садки принимают равной:

δ_t = 2–3 °С/см. Характерным размером садки в данном случае будет являться диаметр заготовки.

Тогда по формулам (3.30) и (3.31):

°С;

°С.

На основании произведенных расчетов строится температурный график, представленный на рисунке 3.2

Рисунок 3.2 – Температурный график нагрева

Рисунок 3.2 – Температурный график нагрева

Рисунок 3.2 – Температурный график нагрева