Разработка нагревательного устройства для кузнечно-штамповочного производства

                    Ульяновский государственный технический университет

Машиностроительный факультет

Кафедра «Материаловедение и ОМД»

                                          ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

расчетно-графической работы

«Разработка  нагревательного устройства для кузнечно-штамповочного производства» по дисциплине «Нагрев и нагревательные устройства»

                Тема: Скоростная нагревательная печь для нагрева заготовки

                                 перед горизонтальной ковочной машиной

ШИФР РГР. ННУ. 07.08. 000.ПЗ

 Выполнил:                                         Студент группы ОМД 31

                                                                                 Баранов А. С.

 Руководитель:                                   Доцент кафедры «М и ОМД»

                                                                                 Попов А. Г.           

Ульяновск, 2007  г.

Оглавление

Введение  ……………………………………………………………………………… 4

1. Выбор  нагревательного устройства (НУ)   ………………………………  5

1.1. Определение типа нагревательного устройства ……………………… 5

1.2. Выбор размеров рабочей камеры …………………………………………   5

1.3. Тепловая нагрузка НУ ………………………………………………………… 6

1.4. Расчет расхода топлива и воздуха НУ……………………………………  6

2. Описание конструкции и принципа действия НУ  …………………………8

2.1. Схема и перечень основных частей НУ…………………………………… 8

2.2. Запуск, особенности эксплуатации при работе и остановка НУ …   8

2.3. Предложения по совершенствованию НУ и его работы ………………8

3. Разработка операции нагрева или термообработки.  ……………………9

3.1. Загрузка заготовок или поковок в НУ……………………………………… 9

3.2. Анализ режима нагрева ……………………………………………………… 9

3.3. Выгрузка заготовок или поковок из НУ ……………………………………9

4. Расчет основных теплотехнических параметров ………………………  10

4.1. Расчет теплового ограждения НУ…………………………………………10

4.2. Расчет теплоты, передаваемой через загрузочное окно………………12

Заключение ……………………………………………………………………………13

Приложение 1. Технологическая карта операции нагрева………………… 14

Библиографический список ………..………………………………………………15

Введение

Нагревательные и термические операции являются одним из основных наиболее ответственных технологических операций в кузнечном производстве машиностроительного завода.

Нагрев металла перед деформированием позволяет повысить пластичность материала и ресурс штамповочной оснастки, а также повысить производительность штамповочного оборудования и качество получаемых поковок.

В печной теплотехнике были сделаны попытки использовать кинетическую энергию высокотемпературной струи продуктов сгорания для повышения эффективности нагрева заготовок. Такие печи основаны на применении газогорелочных устройств, обеспечивающих высокие скорости движения струй продуктов сгорания у поверхности нагреваемого металла. Конвективный теплообмен в таких печах является определяющим.

                           1.Выбор  нагревательного устройства.

                        1.1Определение типа нагревательного устройства

Для нагрева заготовок перед штамповкой на и ГКМ используем печь скоростного конвективного нагрева, при этом используется в качестве источника теплоты природный газ ПГ-№4.

В процессе изготовления поковок используется высокопроизводительное оборудование (пресса и молоты), которые обеспечивают время для изготовления поковок в течение 1-2 минут. Нагревательное оборудование не может обеспечить такой быстрый нагрев. Одним направлений решения этой проблемы являются печи скоростного нагрева.

В этих печах процесс струйного конвективного нагрева осуществляется с помощью скоростных горелок с цилиндрическими соплами, формирующими высокотемпературные струи продуктов сгорания природного газа, которые направляются непосредственно на поверхность металла.

Воздух поступает с повышенным давлением, что обеспечивает выход продуктов сгорания со скоростью 100-200м/с

Температура  печи является важным теплотехническим показателем ее работы. При нагреве заготовок под штамповку должны быть обеспечены требуемая температура, равномерное распределение температуры по поверхности и по сечению, минимальное окисление и обезуглероживание поверхности, сохранение целостности нагреваемого материала, т. е. отсутствие микро- и макротрещин.

1.2. Выбор размеров рабочей камеры.

Рабочая камера НУ ограничена  подом, сводом, боковыми стенками и загрузочным окном.  Размеры рабочей камеры НУ выбираются исходя из заданной программы выпуска поковок. Полная площадь пода камерной печи на 40 – 50% больше полезной площади пода и рассчитывается по размерам  нагреваемой заготовки и числу, одновременно нагреваемым в рабочей камере печи.

Исходя из условий задания определяем массу заготовки.

,  где  плотность стали 7800

         Часовая производительность печи:

         Число заготовок, которое должно находиться одновременно в печи для обеспечения заданной производительности:   

 , где  выбираем по таблице 3 стр. 226 [1]

Определяем длину, ширину и высоту пода:

Определяем полезную площадь пода:

Определяем полную площадь пода:

        Окончательные размеры печи определяем по площади полной поверхности

печи .

;  ;  .

Производительность печи:

Для печей скоростного нагрева удельная производительность (напряженность пода) Х при работе на природном газе - 600 - 800 (кг/м² час)

                                       1.3. Тепловая нагрузка НУ

Определение изменения энтальпии заготовки при нагреве: 

, где c = 0,5 кДж/кг С;

Приближенная тепловая мощность НУ

, где η – кпд печи (для скоростных нагревательных печей η = 0,25 - 0,3).

     1.4. Расчет расхода топлива и воздуха НУ

Определяем теплоту сгорания природного газа:

Расход топлива:

Для полного сгорания 1 воздуха необходимо:

Расход воздуха:

    , где

Вычисляем объем природного газа:

         Полное сгорание:

Диаметр дымохода:

 2.Описание конструкции и принципа действия НУ. 

2.1. Схема и перечень основных частей НУ