Методика расчета массы рабочих частей штампов

 

Штампы для горячей и холодной штамповки при изготовлении в инструментальном цехе проходят сложный и длительный технологический цикл. Рабочие элементы штампов изготавливаются из сложнолегированных сталей, которые значительно труднее обрабатывать, чем конструкционные низко- и среднеуглеродистые стали.

Основные технологические операции при изготовлении рабочих частей штампов: отрезка прутков или блюмсов на заготовки (обычно на пилах), нагрев и ковка с целью ликвидации карбидной неоднородности и придание заготовке нужной формы, термообработка (обычно отжиг), черновая механическая обработка, термообработка (обычно закалка с отпуском), чистовая механическая обработка (шлифовка, полировка), сборка с другими деталями штампа.

Для расчета массы рабочего элемента штампа необходимо определить габаритные размеры детали (сечение: прямоугольник, квадрат, круг), назначить дополнительные припуски по сечению и высоте. Для мелких деталей (габаритные размеры до 250¸300 мм) – 5¸7 мм на сторону, на более крупные детали (габаритные размеры более 250¸300 мм) – 10¸15 мм на сторону.

Для более точных расчетов размеров заготовок можно воспользоваться справочником [4].

После определения объема заготовки рассчитывается ее масса

, (37)

где – объем заготовки; – плотность материала заготовки (для стали = 7820¸7900 кг/м³); – коэффициент, учитывающий угар металла при двойном нагреве в камерной газовой печи ( =1,05, т.е. 5%).

Исходя из стойкости рабочих частей штампов (табл.24. и 26), определяем их количество на годовую программу по формуле (35). Полученное количество, учитывая необходимость наличия штампов дублеров, увеличивают в 1,5 раза.

 

ЭНЕРГЕТИКА ЦЕХА

Энергоносители

Энергия, используемая в кузнечных и холодноштамповочных цехах, разделяется на энергию, идущую для производственных и непроизводственных целей. Для производственных целей расходуются электроэнергия, сжатый воздух, пар, вода, газообразное и жидкое топливо, кислород и другие источники или носители энергии. Вода условно относится к энергии, хотя большая ее часть, расходуемая на технологические и другие цели, не используется как источник энергии.

Сводная ведомость годности и расхода энергии на производственные цели заполняется по форме (табл.28).

Таблица 28

Сводная ведомость энергии, потребляемой для производственных целей

Наименование групп оборудования, установок и т.д. в зависимости от вида	Количество	Единица измерения	Мощность и расход энергии, кВт
Установленная мощность или максимальный часовой расход	Потребляемая мощность или часовой расход	Годовой расход
1. Электроэнергия:
1.1. Прессовое оборудование, молоты, ГКМ, вальцы, ножницы, краны и др.		кВт, кВт´ч
Итого
1.2. Металлорежущее оборудование: станки в группах механика, энергетика и инструментальщика цеха		кВт, кВт´ч
Итого

Окончание таблицы 28

1.3. Нагревательные установки		кВт, кВт´ч, кВ´А
Итого
Всего
2. Пар: 2.1. Моечные установки		т
Всего
3. Сжатый воздух: 3.1. Молоты 3.2. Кривошипные прессы 3.3. Механизирующие и автоматизирующие устройства 3.4. Другое оборудование		м^3
Всего
4. Вода производственная: 4.1. Моечные установки 4.2. Охлаждение штампов 4.3. Гидроочистка 4.4. Другие виды использования		м^3
Всего
5. Топливо технологическое жидкое		т
Всего
6. Топливо технологическое газообразное		м^3
Всего

Примечание. Для электроэнергии указывается установленная мощность, для остальных параметров – максимальный часовой расход

В эту ведомость включаются все виды энергии, расходуемой в цехе, в том числе вспомогательными участками, за исключением энергии, идущей на освещение, отопление, вентиляцию и различные санитарно-гигиенические и бытовые нужды, которые относятся к непроизводственной энергии и для которой составляется отдельная ведомость. Если цехи входят в состав корпуса (производства), то составляется ведомость мощности и расхода производственной энергии для каждого цеха, а затем сводная ведомость для всего корпуса.

При проектировании новых цехов, реконструкции и техническом перевооружении действующих цехов следует выбирать и разрабатывать такие технологические процессы и принимать такие проектные решения, которые обеспечивают экономичное использование топливно-энергетических ресурсов.

Для этого необходимо следующее:

– разработать менее станко- и энергоемкие процессы;

– комплексно использовать теплоту (рекуператоры, регенераторы и др.), т.е. использовать отработавшие энергоносители;

– создать и использовать установки с высоким КПД;

– устранить потери;

– рационально использовать потребляемые мощности (например, если можно штамповать на прессе 10 МН, нежелательно для этого использовать пресс 25 МН);

– экономично использовать воду;

– использовать искусственные газы.

Электроэнергия

 

На крупный завод или в промышленный узел от общероссийской электросистемы подается электроэнергия напряжением 110 кВ, а частично напряжением 220 кВ. Ток трехфазный переменный частотой 50 Гц.

В узловой подстанции завода или промышленного узла 1 (рис.2) электроэнергия напряжением 110 и 220 кВ преобразуется в электроэнергию напряжением 10 кВ. Из узловой подстанции электроэнергия поступает в трансформаторные подстанции цехов и других объектов завода.

Рис.2. Схема подводки электроэнергии

В крупных цехах (корпусах) большей частью размещаются трансформаторные подстанции двух типов: силовые 2, в которых напряжение понижается до 380 В и служит для питания электродвигателей и других производственных установок, потребляющих электроэнергию, и осветительные 3, в которых напряжение понижается до 380/220 В и, следовательно, имеет нулевой провод [1]. Помимо освещения она может также использоваться для отдельных маломощных электродвигателей, сигнализации и т.д.

Общая установленная мощность токоприемников по цеху равна сумме мощностей всех отдельных токоприемников цеха.

При большом количестве потребителей электроэнергии подсчет мощности и расхода электроэнергии производят раздельно по участкам цеха, кроме того, потребителей можно разбить по группам (ножницы, прессы, индукционные нагреватели и т.п.).

Мощность токоприемников берут по паспортным данным и указывают в киловаттах (кВт). Для сварочного оборудования, где мощность в кВ×А (киловольт-ампер), мощность в кВт переводится по формулам [1]:

для однофазного тока

, (38)

для трехфазного тока

, (39)

где – мощность кВт (активная мощность); – мощность в кВ·А (полная мощность – активная и реактивная); – угол сдвига фаз между напряжением и током.

Потребляемая мощность всегда ниже установленной, так как не все оборудование используется одновременно и не полностью загружается на всю мощность.

Годовой расход электроэнергии рассчитывается по формуле [6]

, (40)

где – мощность каждого токоприемника в отдельности, кВт; – действительный фонд времени работы оборудования за год, час; – коэффициент спроса (коэффициент одновременности); – средний коэффициент загрузки оборудования в цехе.

Значения угла сдвига фаз между напряжением и током и коэффициент спроса приведены в табл.29 [1].

Таблица 29

Значения и

Вид оборудования
Кривошипные прессы силой, МН:
< 1	0,25	0,65
< 4	0,30	0,65
³ 4	0,35	0,65
Кривошипные горячештамповочные прессы, горизонтально-ковочные машины, молоты	0,45	0,65
Прессы-автоматы	0,70	0,65
Металлорежущие станки, различное вспомогательное оборудование ремонтных отделений и мастерских	0,25	0,5
Сварочное оборудование	0,45	0,35
Индукционные нагревательные установки высокой и повышенной частоты	0,7	0,65
Нагревательные устройства и печи сопротивления, ванны, сушила и т.п.	0,8	0,95
Переносной (ручной) механизированный инструмент с электроприводом	0,20	0,50
Автоматические штамповочные линии	0,55	0,65
Конвейеры и транспортеры, работающие непрерывно	0,75	0,75
Мостовые краны, кран-балки, тельферы и другое подъемно-транспортное оборудование	0,15	0,50
Вентиляционные установки (при приводе асинхронным электродвигателем), насосы, компрессоры, умформеры	0,75	0,70
Освещение	0,80	1,00

Расчет расхода электроэнергии можно укрупнено вычислить и по табл.30 и 31.

Таблица 30

Энергопотребление холодноштамповочных цехов и цехов горячей объемной штамповки на 1 тонну годового выпуска изделий

Цехи	Электроэнергия	Сжатый воздух, м^3	Пар, т	Вода, м^3
Потребляемая мощность, кВт	Расход, кВт·ч
Листовой штамповки:
Крупной	0,047
Средней	0,05
Мелкой	0,06

Окончание таблицы 30

Холодной объемной штамповки и холодной высадки	0,2
Горячей объемной штамповки цветных металлов:
алюминий и его сплавы	1,17¸1,33	3150¸3600	2150¸2250*		9¸11
магниевые сплавы	1,17¸1,33	3150¸3600	2700¸3150*		2,7¸3,6
медь и ее сплавы	0,57¸0,67	1530¸2000	900¸1080* 11000¸18000**		8¸10
титан и его сплавы	0,93¸1,00	2500¸2700	1800¸2160* 22500¸31000**		13¸18 15¸18
стали	0,93¸1,00	2500¸2700	1800¸2160* 22500¸31000**		13¸18 15¸18

Примечания. * Давление 0,4 ¸ 0,6 МПа избыточных для обдувки штампов и включения оборудования. ** Давление 0,7 ¸ 0,8 МПа избыточных при работе на молотах

Таблица 31

Энергопотребление цехов горячей штамповки на 1 т выпуска стальных поковок

Наименование	Средняя масса поковок, кг
1,0	1,1¸2,5	2,6¸4	4,1¸6	6,1¸10	10,1¸25	25,1¸40	>40,0
Электроэнергия
Установленная мощность, кВт (числитель); расход энергии, кВт·ч (знаменатель) электроприводов технологического, вспомогательного и подъемно-транспортного оборудования
Цехи, оборудованные КГШП и прочим кузнечным оборудованием	0,21	0,16	0,13	0,11	0,09	0,08	-	-
Цехи, оборудованные штамповочными молотами и прочим кузнечным оборудованием	0,11	0,09	0,07	0,06	0,05	0,04	0,03	0,03

Окончание таблицы 31

Установленная мощность, кВт (числитель), на нагрев заготовок под штамповку токами повышенной частоты индукционных нагревателей (числитель); расход энергии, кВт (знаменатель)	0,32	0,30	0,28	0,26	0,25	0,24	0,23	0,22
	Сжатый воздух давлением 0,6 МПа
Расход свободного воздуха на муфты включения, тормоза, прижимы, средства механизации, удаление окалины со штампов, м^3(при давлении сжатого воздуха 0,6 МПа)
Цехи, оборудованные КГШП и прочим кузнечным оборудованием							-	-
В том числе для сдувания окалины							-	-
Цехи, оборудованные штамповочными молотами и прочим кузнечным оборудованием
В том числе для сдувания окалины

Для определения стоимости годового расхода электроэнергии необходимо полученное годовое потребление энергии умножить на существующую цену (на период разработки дипломного проекта цеха)

, (41)

где – цена 1 кВт электроэнергии.

Сжатый воздух

 

Сжатый воздух в цехи поступает обычно из центральной общезаводской компрессорной станции. Реже для отдельных цехов (корпусов) создаются свои компрессорные станции. Давление сжатого воздуха в магистральной сети общезаводской компрессорной станции 0,5¸0,6 МПа избыточных (5¸6 атм.). В тех случаях, когда в местах потребления сжатого воздуха необходимо меньшее давление, оно может быть снижено до требуемого уровня редуцированием. В сводной ведомости (см. табл.28) потребность цеха в сжатом воздухе, м³, указывается по его объему в свободном состоянии, т.е. при атмосферном давлении, равном 0,1 МПа, и 20 ⁰С. Пересчет объема сжатого воздуха при давлении , МПа, избыточном к его объему в свободном состоянии, производится по формуле [1]

. (42)

Сжатый воздух используется для привода ковочных и штамповочных молотов, клепальных станков, различного пневматического инструмента, автоматизирующих и механизирующих устройств, различных приспособлений, в том числе зажимных пневматических муфт, включений (муфта включения) кривошипных прессов и ГКМ, для работы пневматических прижимов прессов, сдувания деталей со штампов, сварочного оборудования, устройств по распылению технологических смазок, пульверизаторов по окраске деталей и т.д. Потребность в сжатом воздухе на 1 т продукции приведена в табл.30.

Расчет потребности сжатого воздуха (м³) можно выполнить по формуле [6]

, (42)

где – действительный фонд времени работы оборудования (приспособлений) за год, час; – средний коэффициент загрузки оборудования в цехе; – среднечасовой расход воздуха единицей оборудования (см. табл.30); – количество оборудования.

 

Пар

 

Пар поступает в цехи из общезаводской котельной или теплоцентрали. Чтобы избежать потерь энергии, не следует подавать пар далее 2¸2,5 км. Основными потребителями пара для производственных целей являются кузнечные цехи, в которых он расходуется, главным образом, для привода паровоздушных молотов (однако на современных заводах почти все кузнечно-штамповочные цехи (молоты) работают на сжатом воздухе). В холодноштамповочных цехах пар используется для нагрева водных растворов в установках для обезжиривания и фосфатирования, в моечных установках, в травильных ваннах, в мастерских по приготовлению технологических смазок.

Расход пара на 1 т продукции приведен в табл.30.

При определении количества пара необходимо учитывать, будет ли использоваться отработанный пар [1].

Определить общее количество годового расхода пара по цеху можно по формуле

, м³, (44)

где – расход пара на 1 т поковок или листовых деталей, м³/т; – программа выпуска в тоннах.

 

Вода

 

Вода в цехе расходуется на производственные, санитарно-технические и бытовые нужды. В сводную ведомость мощности и расхода энергии включается только вода, предназначенная для производственных надобностей. Если в цех наряду с холодной подается горячая вода, то в ведомости они указываются раздельно.

Водопроводная сеть предприятий разделяется на хозяйственно-питьевую, производственную и пожарную сети. Цехи в настоящее время имеют только раздельную сеть, когда хозяйственно-питьевая вода поступает отдельно от производственной.

Хозяйственно-питьевая вода в несколько раз дороже производственной и пожарной, так как проходит сложную очистку и обезвреживание.

Производственная вода также должна проходить очистной оборот, пополняться и возвращаться для работы, а на выходе с предприятия очищаться, прежде чем попадать в водоемы.

Производственная вода в цехах расходуется в моечных установках, в установках для фосфатирования и обезжиривания, на травильных участках, для приготовления технологических смазок, охлаждающих эмульсий, для охлаждения электродов сварочных аппаратов. В кузнечных цехах для охлаждения штампов, направляющих и спиралей индукторов, подшипников машинных генераторов и т.п. Данные по расходу воды приведены в табл.30.

Укрупненный расчет можно выполнить, исходя из годового объема выпуска деталей в тоннах.

Расход воды на производственные нужды (м³) можно также выполнить по формуле [6]

, (45)

где – коэффициент загрузки оборудования, использующего воду; –действительный фонд времени работы оборудования за год, час; – годовой расход воды на единицу оборудования (для прессов – 1,5; для галтовочных барабанов – 0,2) м³/ч; – количество оборудования.

Расход воды для хозяйственных нужд (м³) можно определить по формуле

, м³, (46)

где – норма расхода воды в год на одного работающего, м³/чел ( = 10 м³/чел); – число работающих в цехе, чел (в две или три смены).