Методичні вказівки до виконання дипломних проектів (робіт) бакалаврів за напрямом 050403 інженерне матеріалознавство



Сторінка3/4
Дата конвертації09.12.2016
Розмір0.9 Mb.
ТипМетодичні вказівки
1   2   3   4

13,72

29,49



Розраховуємо масу деталі. Об’єм деталі (з урахуванням її розмірів, зазначених на рисунку 4.5)

Щільність деталі (при пористості 20%)



,

де 7,8 г/см3 - щільність компактного заліза, як основи матеріалу ЖГр.

Орієнтовна маса деталі

Маса порошку на засипку



Об’єм порошку на засипку



Необхідний тиск пресування для досягнення пористості близько 20% - 500 МПа (див. додаток Л).

Початковий діаметр робочої порожнини нової матриці

=

де (значення дорівнює 1,9% (додаток Д) з урахуванням прийнятого тиску пресування 500 МПа);



Значення b прийнято 0,148 % (додаток І.1) з урахуванням того, що Dн/Dм вибрано рівним 3,5; коефіцієнт бокового тиску 0,39 (див. додаток М); розрахункове значення бокового тиску





Величину △Dδ приймаємо додатньою, так як відбувається усадка брикету в процесі спікання. Для забезпечення якісного спікання задаємося наступними параметрами режиму спікання: температура 1493 К, тривалстю 1,5 год, середа - ендогаз. Тоді значення δr для матеріалу на основі заліза дорівнює 7,37% (див. додаток Ж).

Так як калібрування і механічна обробка деталі не передбачена, величини не враховуємо.

Враховуючи вимоги ГОСТ 25346-89 допуски при посадці Н7 (додаток Н)для розрахованого Dм=31,058 мм находяться у межах від 0 до +0,025 мм. Тоді діаметр внутрішньої порожнини нової матриці



Співвідношення Dн/Dм приймаємо рівним 2,5 з урахуванням того, що рб = 195 МПа. Тоді



Так як тиск пресування 500 МПа, то запресовувати матрицю в обойму необхідності немає.

Висота матриці

.

Значення Нс.з. знаходимо із співвідношення



Звідси

Діаметр робочої частини пуансона визначаємо, виходячи з початкового діаметру робочої порожнини нової матриці і граничних відхилень для поля допусків f 7. Так як для діаметра 31,079 мм поля допусків знаходяться від -0,025 до -0,050 мм, то початковий діаметр робочої частини пуансона повинен бути рівний

Діаметр стержня



де



Враховуючи поля допусків діаметр стержня



мм.

Мінімальна довжина робочої частини стрижня



l = 52 +10 = 62 мм.

4.4 Гідравлічний прес

Розрахунок пресів виконується в двох випадках:

1) при проектуванні нових пресів;

2) при визначенні придатності існуючого преса для пресування конкретного виробу.

Нижче викладена методика розрахунку гідравлічного преса стосовно до другого варіанту.

Вихідні дані для розрахунку: креслення деталі, тиск пресування заданої деталі р, МПа; насипна щільність порошку ρп, г/см3; щільність деталі ρд, г/см3; схема навантаження; продуктивність Q, шт./годину.

4.4.1 Необхідна потужність (зусилля) преса

Для розрахунку необхідного зусилля преса Р застосовується формула

(4.45)

де р - заданий максимальний тиск пресування, МПа;

S - площа максимального поперечного перерізу пресування, перпендикулярного напрямку прикладання тиску, см2;

К - коефіцієнт запасу, який обирають зазвичай в межах 1,15 ÷ 1,50 в залежності від умов виробництва.

4.4.2 Величина ходу робочого плунжера

Величина ходу робочого плунжера Н, см, вибирається з урахуванням максимальної засипки порошку в прес-форму h1, см, і висоти одержуваної пресовки h2, см



(4.46)

де коефіцієнт запасу, залежний від умов виробництва і конструктивних особливостей преса (схеми навантаження, розмірів вікна і т.п.). Знаходиться в межах 1,2 ÷ 1,5.

4.4.3 Габаритні розміри плунжерів і циліндрів

Для створення максимального зусилля преса Р, кН, потрібно робочий плунжер з площею поперечного перерізу Sпл., см2



(4.47)

де тиск робочої рідини, МПа.

Тоді діаметр плунжера круглого перетину D буде дорівнювати, см

(4.48)

В залежності від типу гідравлічного насоса значення рж може дорівнювати 20 або 32 МПа.

Розраховане значення D округляємо в більшу сторону до найближчого цілого числа.

У разі полого плунжера (як правило, при D> 200 мм) розрахунок його внутрішнього діаметра виконують аналогічно розрахунку для товстостінних посудин, см:

для сталевих плунжерів

(4.49)

де σсж=1000 МПа;

для чавунних плунжерів

(4.50)

де σсж=600 ÷ 700 МПа.

Величину Dвн розраховують з точністю до 0,1 см.

Товщину днища полого циліндра δд.п. розраховують за формулою



(4.51)

де напруга стиснення, що діє на днище плунжера, рівне



(4.52)

Габаритні розміри виштовхувальної пари визначається аналогічно.

Внутрішній діаметр циліндрів Dвн.ц для розміщення відповідних плунжерів приймають на 10 ÷ 20 мм більше зовнішнього діаметра плунжерів, см:

(4.53)

Зовнішній діаметр відповідного циліндра D н.ц розраховують за формулою



(4.54)

де допустима напруга на розрив матеріалу циліндра, МПа (приймають 100 ÷ 110 або 70 ÷ 80 МПа відповідно для кованої або литої сталі і 60 МПа для чавунного лиття).

Товщина стінки циліндра

. (4.55)

Товщина днища циліндра вибирається в 1,5-2,5 рази більше .

Внутрішня висота циліндра приймається на 25% більше максимальної величини робочого ходу плунжера. Перехід від стінок циліндра до плоского днища виконують з радіусом

(4.56)

Перетин отвору для підводу робочої рідини в циліндр розраховують виходячи з умови, що її швидкість не повинна перевищувати 10 см / с. Діаметр отвору



(4.57)

де τ-час опускання робочого плунжера, с (зазвичай τ ≈ 8 ÷ 10 с).

Мінімальна висота циліндра Hц.min складається з величини ходу робочого плунжера (з урахуванням коефіцієнта запасу), глибини проточок під направляючу втулку h1, ущільнення циліндра h2, висоти підйому деталей прес-форми над плитою матриці h3

, (4.58)

де h1 = (0,4 ... 0,6) D, h2 = (1,9 ... 2,5), h3 = 5 ... 10 см

4.4.6 Розрахунок колон преса

Колони преса виготовляють із сталі кованими суцільними (до діаметра 800 мм) або порожнистими.

Розрахункове максимальне розтягуюче зусилля на одну колону

, (4.58)

де n - число колон (як правило, n = 4).

Найменший допустимий діаметр суцільної колони преса Dк до основи різьби на ній

(4.59)

де тимчасовий опір колони на розрив, МПа.

Приклад розрахунку


10
Вихідні дані:


10
креслення деталі (див. рис 4.6);

тиск пресування - 700 МПа;




30
насипна щільність порошку 3г/см3;


Рисунок 4.6 – Креслення деталі
щільність деталі 6,6 г/см3;

пресування двостороннє;

продуктивність - 300шт/хв.


Необхідне зусилля преса

де

Величина ходу робочого плунжера

Значення знайдемо з співвідношення





Діаметр плунжера



Приймаємо значення D рівним 21 см.

Максимальний внутрішній діаметр для полого сталевого плунжера

Товщина стінки циліндра



Товщина днища полого циліндра δд.п



де .

Внутрішній діаметр циліндра

Зовнішній діаметр циліндра



Приймаємо значення Dн.ц рівним 29 см.

Товщина стінки циліндра

Товщина днища циліндра



.

Радіус переходу від стінок циліндра до плоского днища



Мінімальна висота циліндра



Діаметр отвору для підведення робочої рідини в циліндр



Розрахункове максимальне розтягуюче зусилля на одну колону



Найменший допустимий діаметр суцільної колони до основи різьблення на ній



Для надання поперечної жорсткості приймаємо діаметр колон рівним 6 см.

4.5 Нагрівач електричної печі

Нагрівач електричної печі - один з найважливіших елементів печі, що визначає працездатність нагрівальної установки в цілому. До нагрівачів висувають такі вимоги:

- достатня жаростійкість і жароміцність;

- високий питомий опір. Чим він вище, тим сильніше нагрівається нагрівач (при пропущенні однакового струму);

- достатній поперечний переріз нагрівача. Необхідно враховувати, що чим він більше, тим довше термін служби нагрівача;

- сталість фізичних властивостей матеріалу нагрівача, зокрема, температурна залежність;

- технологічність матеріалу нагрівача (пластичність, зварюваність і т.д.)

Нагрівачі печей бувають металевими і неметалевими. З металевих найбільш придатними і самими використовуваними є:

1) сплави на основі нікелю і хрому (ніхроми) - Х20Н80, Х20Н80-Н, Х15Н60, Х15Н60-Н;

2) сплави на основі заліза, хрому й алюмінію (фехралі) - Х23Ю5Т, Х27Ю5Т, Х23Ю5, Х15Ю5;

3) залізохромонікелеві сплави - Х27Н60Ю3, Х15Н70Ю3;

4) тугоплавкі метали - вольфрам, молібден, тантал, ніобій.

Кожен з названих матеріалів має як переваги, так і недоліки. Це необхідно враховувати при конструюванні нагрівача для конкретної печі.

Переваги ніхрому:

- високі механічні властивості як при низьких, так і при високих температурах;

- криптовитриманість сплаву;

- хороша пластичність, оброблюваність, зварюваність;

- немагнитність;

- відсутність старіння.



Недоліки ніхрому:

- висока вартість;

- робочі температури нижче, ніж у інших сплавів і металів.

Переваги фехралі:

- дешевше інших металів, використовуваних в якості нагрівача;

- жаростійкість вище, ніж у ніхрому.

Недоліки фехралі:

- крихкість, мала механічна міцність (особливо вище 10000С);

- магнітність;

- низька корозійна стійкість у вологій атмосфері;

- властивість взаємодіяти з шамотною футеровкою і оксидами заліза;

- подовження нагрівача в процесі експлуатації.



Переваги залізозохромонікельалюмінієвих сплавів:

- некрихкість, достатня механічна міцність;

- можливість механічної обробки;

- відсутність взаємодії з шамотом і оксидами заліза.



Переваги вольфраму, молібдену (як нагрівачів):

- здатність працювати при підвищених температурах (до 22000С).



Недоліки:

- можливість працювати тільки в нейтральному, відновлювальному середовищі або вакуумі;

- жорсткість, здатність розшаровуватися;

- скривлення при різкому відключенні нагріву.

Металеві нагрівачі виготовляють з дроту (найчастіше), стрічки, стержнів.

Основні параметри виробляєиого, відповідно до ГОСТ 12766.1-90, дроту наведені нижче.

В залежності від марки сплаву дріт роблять граничними діаметрами, наведеними в додатку О.

Діаметри дроту повинні відповідати ГОСТ 2771 для ряду діаметрів R40. Значення можливих діаметрів дроту наведені в додатку П. За погодженням споживача з виготовлювачем дріт виготовляють інших діаметрів.

Питомий електричний опір дроту в м'якому термічно обробленому стані повинен відповідати нормам, наведеним у додатку П.

При нагріванні сплавів і металів їх питомий електричний опір підвищується, що необхідно враховувати при виконанні розрахунків. Величина підвищення може бути оцінена шляхом множення електроопору матеріалу при 200С (R20) на поправочний коефіцієнт (додаток С).

Для забезпечення «живучості» сплавів необхідно обмежувати їх температуру нагрівання (додаток Т).

Вихідні дані для розрахунку.

Необхідна максимальна температура в робочому просторі печі, робоче середовище, потужність печі. Якщо потужність печі не задана, то її можна визначити за емперичним правилом. Питома потужність для електричної печі об'ємом 10-50 дм3 складає 100 Вт/дм3, об'ємом 100-500л - 50-70 Вт/дм3.

Розрахунок виконують за такою схемою.

Вибирається варіант живлення печі, яке може бути:

1) однофазним;

2) трифазним типу «зірка» (рисунок 4.6.а);

3) трифазним типу «трикутник» (рисунок 4.6.б).

а1588.bmpб7852.bmp

Рисунок 4.6 – Варіанти живлення печі



При однофазному включенні сила струму, що буде проходити через нагрівальний елемент

(4.61)

де Робщ- необхідна загальна потужність печі, Вт;

U - напруга, В (при однофазному включенні рівна 220В).

Опір нагрівача



(4.62)

При підключенні типу «зірка» кожен з трьох нагрівачів підключається між фазою і нулем. У цьому випадку загальне навантаження розподіляється рівномірно на три фази. Навантаження на одну фазу становить



(4.63)

З урахуванням того, що напруга на кінцях кожного нагрівача дорівнює 220 В, можна розрахувати опір одного нагрівача (див. формулу 4.63) і струм, що проходить через нього



(4.64)

Загальний струм, що проходить через нагрівач печі



(4.65)

При підключенні типу «трикутник» кожен з трьох нагрівачів підключається між двома фазами. Відповідно, напруга на кінцях кожного нагрівача буде 380 В.

У цьому випадку струм через кожен нагрівач буде

(4.66)

Використовуючи формулу (4.65) можна розрахувати Iобщ при підключенні печі за типом «трикутник».

Діаметр d, довжину ℓ дроту можна розрахувати за формулами (4.67) і (4.68)

(4.67)

(4.68)

де βдоп - допустима поверхнева потужність нагрівача, Вт/м2,

ρt-питомий електричний опір матеріалу дроту при заданій температурі, Ом•м.

Значення βдоп дорівнює



(4.69)

де βеф - ефективна поверхнева потужність нагрівача, Вт/м2, залежна від температури теплосприймаючого середовища; α-коефіцієнт ефективності випромінювання. Значення βеф і α вибирають з таблиць (додатки У, Ф).

Значення ρt розраховують за формулою

(4.70)

де ρ20 - питомий електричний опір матеріалу нагрівача при 200С, Ом•м; kt - температурний коефіцієнт електричного опору. Значення ρ20 наведені в додатку Р, значення kt - в додатку С.

Розрахувавши значення d і ℓ, можна знайти об'єм дроту, що використовується, а потім, скориставшись величиною щільності матеріалу (додаток Х), його масу.

Приклад розрахунку.

Вихідні дані: піч муфельна, воднева. Максимальна робоча температура 11500С. Розміри робочого простору 200 × 500 × 1200 мм. Теплоізоляція товщиною 200 мм, матеріал-шамот.

Обсяг робочого простору печі



Необхідна потужність печі



Вибираємо підключення трифазне за типом «зірка». Навантаження на одну фазу



Струм, що проходить через один нагрівач



Загальний струм, що проходить через нагрівач печі



Опір одного нагрівача



Вибираємо конструкцію нагрівача: дротова спіраль, напівзакрита в пазах футеровки.

Допустима поверхнева потужність



вибрано з використанням додатку У для температури печі 11500С і температури нагрівача 12000С.

Вибираємо матеріал нагрівача Х23Ю5Т, для якого можлива робоча температура 12000С (додаток Т)

Питомий електричний опір нагрівача зі сплаву Х23Ю5Т ρ20 приймаємо1,4 мкОм•м (додаток Р), kt для температури 12000С дорівнює 1,078 (додаток С)

Тоді


Діаметр дроту



Найближчий більший діаметр дроту відповідно з ГОСТ 12766.1-90 дорівнює 2,60 мм (додаток П). Цим же ГОСТом дозволено використовувати дроти з матеріалу Х23Ю5Т діаметром більше 3,0 мм для роботи при температурі 12000С (додаток Т).

Довжина дроту

Маса нагрівача на одну фазу



Маса всього нагрівача



Діаметр витка спіралі нагрівача



Відстань між витками





Додаток А

Теми дипломних проектів бакалаврів



  1. Технологія виробництва розпиленого залізного порошку.

  2. Технологія виробництва відновленого залізного порошку.

  3. Технологія виробництва електролітичного порошку міді.

  4. Технологія виробництва розпиленої залізо-мідної лігатури.

  5. Технологія виробництва карбонільного нікелевого порошку.

  6. Технологія виробництва спечених малонавантажених конструкційних виробів.

  7. Технологія виробництва спечених середньонавантажених конструкційних виробів.

  8. Технологія виробництва спечених важконавантажених конструкційних виробів.

  9. Технологія виробництва спечених конструкційних виробів на основі залізного порошку.

  10. Технологія виробництва спечених конструкційних деталей з порошку титану.

  11. Технологія виробництва спечених конструкційних виробів з порошку вольфраму.

  12. Технологія виробництва спечених фрикційних матеріалів.

  13. Технологія виробництва антифрикційних спечених виробів на основі міді.

  14. Технологія виробництва спечених антифрикційних виробів на основі алюмінію.

  15. Технологія виробництва спечених антифрикційних виробів на основі системи залізо-вуглець із легуючими добавками.

  16. Технологія виробництва спечених антифрикційних виробів на основі високолегованих сплавів заліза.


    Поділіться з Вашими друзьями:
1   2   3   4


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал