Разработка мини-цеха по волочению проволоки

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное Учреждение высшего профессионального образования

" Комсомольский-на-Амуре государственный Технический университет"

Кафедра Специальность 150 106 — «Обработка металлов давлением»

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ Разработка мини-цеха по волочению

Аннотация

Разработка мини-цеха по волочению

Пояснительная записка ___ с., 18 рис., 17 табл., 12 источников, приложения отсутствуют Разработан мини-цех по волочению проволоки, проведен анализ существующих методов волочения проволоки, выбран метод волочения и оборудование для процесса волочения. Рассчитана площадь цеха, количество работников. Разработана планировка цеха с лучшим расположением оборудования и помещений.

Abstract

Development of mini-shop on drawing

The explanatory note of 52 pages, 18 fig., 17 tab., 12 sources, appendices are absent

It is developed mini-shops on wire drawing, the analysis of existing methods of drawing of a wire is carried out, the method of drawing and the equipment for drawing process is chosen. The shop area, number of workers is calculated. Shop planning with the best arrangement of the equipment and rooms is developed.

• Введение
• 1. Анализ объекта производства
• 1.1 Анализ сортамента
• 1.2 Свойства материала
• 1.3 Условия производства заготовки
• 1.4 Макро — и микроструктура заготовки
• 2. Разработка технологического процесса производства
• 2.1 Анализ существующих технологических процессов
• 2.2 Обоснование выбранного технологического процесса
• 2.3 Определение режимов волочения
• 2.4 Расчет энергосиловых параметров процесса волочения
• 2.5 Выбор оборудования для процесса волочения
• 3. Организационно-экономический раздел
• 3.1 Организация производства в цехе
• 3.2 Расчет количества оборудования
• 3.3 Организация технического контроля
• 3.4 Организация ремонта и обслуживания оборудования
• 3.5 Расчет площади цеха и его планировка
• 3.6 Экономическое обоснование проекта
• 4. Мероприятия по охране труда и окружающей среды
• 4.1 Охрана труда
• 4.2 Охрана окружающей среды
• Список использованных источников

Проволока находит самое широкое применение во всех отраслях промышленности, сельском хозяйстве и других сферах жизни и деятельности человека. Применяется она в виде как готовых изделий (электрические и телеграфные провода, проволока для армирования железобетонных конструкций промышленного и гражданского назначения, обвязочный и упаковочный материал и пр.), так и полуфабриката для производства целого ряда метизов: стальные канаты, сварные и тканые сетки, гвозди, шурупы, детали машин, проволочно-кабельные изделия и др. Проволоку изготовляют в широком ассортименте из самых различных черных и цветных металлов и сплавов, с разными механическими и физико-химическими свойствами. Для каждого вида и размера проволоки требуется определенная технология изготовления и соответствующее оборудование.

В настоящее время парк волочильных машин для производства проволоки большинства российских заводов, состоит в основном из машин магазинного типа, известных у нас под торговой маркой «Скет», которые централизованно поставлялись на наши заводы по линии СЭВ. Сейчас все предприятия имеют возможность самостоятельно выбирать и закупать оборудования любой фирмы на мировом рынке для производства проволоки. И главная трудность выбора заключается в том, что специалисты заводов, хорошо знающие только машины «Скет», слабо представляют рынок современных волочильных машин для производства проволоки.

1. Анализ объекта производства

1.1 Анализ сортамента

ГОСТ 2771–81 устанавливает сортамент и предельные отклонения холоднотянутой проволоки круглого сечения без покрытия диаметром от 0,009 до 16,0 мм.

Номинальный диаметр проволоки должен соответствовать указанным на рисунке 1 и в табл. 1.

Рис. 1 — Сечение проволоки

Таблица 1 — Номинальный диаметр проволоки

В стандартах и технических условиях на конкретные виды проволоки номинальные диаметры устанавливаются в зависимости от требуемой точности округлением до первого или второго десятичного знака числовых значений табл. 1.

По требованию потребителя допускается в стандартах и технических условиях на проволоку, предназначенную для накатки и нарезания резьбы, холодной высадки и других целей, устанавливать номинальные диаметры, не предусмотренные табл. 1.

Предельные отклонения номинальных диаметров проволоки в зависимости от поля допуска и точности изготовления должны соответствовать табл. 2 и 3.

Таблица 2 — Предельные отклонения номинальных диаметров проволоки

Таблица 3 — Предельные отклонения номинальных диаметров проволоки

Овальность проволоки не должна превышать половины поля допуска по диаметру. В стандартах и технических условиях на проволоку общего назначения допускается повышенная овальность при условии, что она не выводит проволоку за предельные отклонения по диаметру.

Предельные отклонения в стандартах и технических условиях на конкретные виды проволоки могут задаваться числовыми значениями по табл. 2 и 3 и обозначением, которое включает поле допуска (h или j_s) и квалитет.

Минусовые предельные отклонения обозначаются h3, h4,., hl2, двухсторонние j_s5, j_s6,., j_sl2.

1.2 Свойства материала

Ст3сп — сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества.

Плотность стали 7850 кг/м³. Свойства стали представлены в таблицах 4, 5

Таблица 4 — Химический состав Ст3сп

Таблица 5 — Технологические свойства

В качестве исходного материала для волочения используют катанку из Ст3сп диаметром 6,5 мм. Механические свойства проката при растяжении, а также условия испытаний на изгиб должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 6.

цех волочение проволока оборудование

Таблица 6 — Механические свойства проката

Ударная вязкость проката соответствует приведенной в табл. 7.

Таблица 7 — Ударная вязкость проката

1.3 Условия производства заготовки

Катанку производят на стане 170. Температура нагрева заготовок составляет Т₀ = 1150 ^oС. Для этих условий скорость прокатки в чистовой клети составляет V_пр = 70 м/с, а суммарная вытяжка металла при прокатке м_об = 461,6. Охлаждение катанки происходит на воздухе

1.4 Макро — и микроструктура заготовки

Основной структурной составляющей низкоуглеродистых сталей является феррит. Сочетание высоких прочностных и пластических свойств катанки достигается за счет формирования во время горячей деформации мелкозернистой ферритной структуры. Для этого режимы горячей прокатки и регулируемого охлаждения на сортовом стане подбирают таким образом, чтобы получить однородную по величине зерна микроструктуру (рис. 2), что позволит обеспечить необходимый уровень прочностных и пластических свойств катанки.

Х 500

Рис. 2 — Микроструктура стали

2. Разработка технологического процесса производства

2.1 Анализ существующих технологических процессов

Материал, из которого изготавливаются волоки или фильеры, должен отличаться большей прочностью и стойкостью против износа. Изготавливают фильеры из легированной стали, металлокерамических сплавов, технических алмазов.

Волоки или волочильные кольца делают цельными из стали, из твердых сплавов — цельными или составными — в зависимости от диаметра и конфигурации. Их запрессовывают или закрепляют в стальные обоймы. Схема волоки представлена на 0. Ее элементами являются: смазывающий конус, рабочий конус, калибрующий поясок и распушка. Углы конусов составляют: =1024, =4060, =6090.

Волоки изготавливают из следующих марок сталей: У7, У8, У12, У13, Х12, Х12М, твердых сплавов: ВК3, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15.

А — смазывающий конус; Б — рабочий конус; В — калибрующий поясок; Г — распушка.

Рис. 3 — Схема волоки

Роликовой волокой называют волочильный инструмент с двумя и более неприводными роликами (0), смонтированными так, что их оси вращения перпендикулярны оси волочения, а рабочие поверхности образуют калибр, соответствующий форме трубы, прутка, профиля.

Двухроликовую волоку с парой вертикальной роликов монтируют в одном корпусе вместе с другой двухроликовой волокой, имеющей пару горизонтальных роликов. Ролики смонтированы в термически закрытых подшипниках. Зазор между роликами регулируется нажимными винтами. Калибры обеих волок устанавливают на одной линии с помощью регулировочного винта.

Преимущества: меньшее внешнее трение, что уменьшает усилие волочения на 1020%; возможность вести процесс с большими деформациями; возможность протягивать трудно — деформируемые сплавы со значительным обжатием до 50% и без промежуточной термообработки. Производство их проще, чем монолитных, обладают повышенной стойкостью и не требуют высококачественных технологических смазок.

Рис. 4 — Роликовая волока.

Сборные волоки применяются для волочения сплошных и полых фасонных профилей. Обладают по сравнению с монолитными большей стойкостью, универсальностью и ремонтопригодностью, возможностью работы без предварительного острения. Рассмотрим две схемы сборных волок.

Первый вариант, 0, наружные опорные поверхности вкладышей контактируют с опорными поверхностями корпуса, выполненными с продольным профилем в виде дуги окружности, центр которой расположен в плоскости выходного сечения калибра. Перед началом работы вкладыши разведены. При движении заготовки вкладыши увлекаются силами трения, обжимают заготовку и останавливаются в плоскости выхода, образуя профиль калибра. Второй вариант, 0, сборная волока содержит два горизонтальных валка с сегментами и синхронизирующими шестернями. Перед началом работы сегменты разведены грузовым устройством для свободного ввода заготовки в рабочее пространство. При контакте заготовки с валками резиновыми элементами, являющимися элементами захвата, происходит их поворот, захват конца заготовки тележкой и волочение. После окончания волочения валки поворачиваются в исходное положение под действием веса контргруза.

Рис. 5 — Сборная волока, первый вариант.

Рис. 6 — Сборная волока, второй вариант.

В качестве исходного материала для волочения используют катанку и прессованные заготовки. Перед волочением заготовка проходит предварительную обработку: термообработку, удаление окалины и подготовку поверхности для закрепления и удержания на ней смазки.

Термическую обработку перед волочением выбирают такой, чтобы она снимала наклеп и придавала металлу нужные механические характеристики.

Во многих случаях термообработку в процессе волочения могут производить несколько раз. Обычно приводят после получения относительного обжатия 7085% за один передел. Готовый продукт также может подвергаться термообработке с целью придания конечному продукту необходимых механических свойств и структуры.

Удаление окалины и заготовок перед волочением производится механическим, химическим, электромеханическими способами, а также их комбинациями. При механическом способе заготовку подвергают изгибу между роликами, установленных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, зачистку могут производить металлическими щетками, поверхность подвергают дробеструйной обработке.

При химическом способе удаления окалины заготовку подвергают травлению в растворах серной и соляной кислоты с добавлением в ванну присадок, которые уменьшают скорость растворения основных металлов, снижают диффузию водорода в металле, уменьшают загазованность.

При электрическом способе в ванне с раствором, через которую проходит проволока, устанавливается электрод. К проволоке и электроду подводится постоянное напряжение. Проволока может быть как катодом, так и анодом. При электролизе окалина частично восстанавливается, но в подавляющих случаях отрывается бурно выделяющимся водородом. В качестве анода используется свинец и его сплавы, в качестве катода — свинец, медь, железо. Непосредственно после травления металл тщательно покрывают тонким слоем гидрата окиси железа FeOH₃ желтого цвета, который вместе с известью выполняет роль наполнителя при волочении с мыльным порошком.

При меднении проволоку обрабатывают медным раствором, в результате чего при волочении, за счет тонкой медной пленки, снижается коэффициент трения в волоке. Также применяется фосфатирование, которое представляет процесс образования на проволоке кристаллической пленки фосфатов марганца, железа или цинка. Фосфатная пленка в сочетании со смазкой способствует равномерному прилипанию смазки и снижению коэффициенту трения. После промывки, нанесения смазки металл подвергается сушке.

После волочения прутки помимо термической обработки правят, шлифуют, полируют, хромируют, наносят защитные покрытия.

Для регламентации технологических операций составляют технологические карты, в которых расписан весь технологический процесс по подготовке металла к волочению, маршрут волочения, способы начальной, промежуточной и окончательной обработки, операций отделки. Маршрут волочения представляет собой последовательность изменения размеров поперечного сечения металла на волочильном стане.

Машины, обеспечивающие процесс волочения, называются волочильными станами. Различают станы:

· прямолинейного волочения;

· барабанные.

По характеру перемещения тягового органа и изделия:

· периодического;

· полунепрерывного;

· непрерывного действия.

Барабанные станы в свою очередь подразделяются на:

· однократного;

· многократного волочения.

Схема простейшего линейного волочильного стана представлена на 0.

Основными элементами волочильного стана являются рабочий стол, стойка волок с установленным в ней люнетом и волокой, волочильная тележка, имеющая специальные захваты для фиксации с изделием и движущейся цепью, а также привод перемещения цепи.

Перед началом волочения прутки с заостренными концами поочередно вводятся в волоку, фиксируются захватом волочильной тележки, которая передает тяговое усилие прутку при ее движении. После окончания волочения пруток убирается с рабочего стола, а волочильная тележка возвращается к стойке волок за очередным изделием.

1 — рабочий стол; 2 — волочильная тележка; 3 — люнет; 4 — оправка; 5 — привод; 6 — трос; 7 — цепь; 8 — натяжное устройство.

Рис. 7 — Схема линейного волочильного стана

Станы бывают одноцепными и двухцепными. Скорость цепи, а следовательно и скорость волочения составляет 10 120 м/мин.

Барабанные станы для однократного волочения (0) применяются для волочения прутков, трубок и проволоки большого диаметра.

Бунты проволоки с помощью крана устанавливают на фигурку, являющейся барабаном, с которого разматывается проволока. Конец проволоки заостряется на острильной машине, пропускается через волоку и закрепляется с помощью клещей на барабане. Затем включается двигатель привода вращения барабана и проволока наматывается на барабан. После окончания волочения бунт готовой проволоки также снимается краном с барабана.

1 — электродвигатель; 2 — редуктор; 3 — барабан; 4 — стойка волок; 5 — острильная машина; 6 — фигурка.

Рис. 8 — Станы однократного волочения

Недостатком станов однократного волочения является то, что для получения заданных размеров необходима многократная перестановка бунта и связанные с этим подготовительные дополнительные операции. Поэтому выгодно устанавливать последовательно ряд волок (от 2 до25 штук) с постепенно уменьшающимися отверстиями, через которые непрерывно протягивается проволока, усилие к которой передается одним или несколькими барабанами.

Станы многократного волочения бывают со скольжением, без скольжения, прямоточные, петлевые. Для обеспечения возможности волочения необходимо соблюдения равенства секундных объемов, проходящих через волоки

v_1,

где — скорость металла в соответствующей волоке,

— диаметр отверстия соответствующей волоки.

Так как диаметр отверстий волок определяется допустимо возможными вытяжками и уменьшается по мере приближения волок к концу волочения, то необходимо увеличивать скорость волочения, а при несоответствии скоростей могут образовываться порывы, петли или проскальзывание проволоки относительно барабанов. В связи с этим машины многократного волочения разделяют на 2 группы: со скольжением проволоки и без скольжения.

В машинах со скольжением (0 и 0) некоторое несоответствие в скоростях вращения на барабанах компенсируется проскальзыванием проволоки, намотанной в 12 витка на барабан.

Эти машины могут быть с одинаковыми диаметрами барабанов, но с разными числами оборотов, или с разными диаметрами, но с одинаковыми числами оборотов, прямоточного (0) или петлевого (0) типов.

1 — фигурка; 2 — барабан; 3 — волока; 4 — привод.

Рис. 9 — Стан многократного волочения со скольжением прямоточный

Рис. 10 — Стан многократного волочения со скольжением петлевой.

Недостатки станов со скольжением: износ барабанов, волок, обрывы.

Достоинства: простые по конструкции.

При многократном волочении без скольжения протягиваемая проволока наматывается на текущий барабан так же, как и при однократном волочении. Однако в этом случае промежуточные барабаны играют двоякую роль: волочильного барабана и приспособления, с которого проволока свободно снимается и направляется к волоке следующего барабана (0).

1 — фигурка; 2 — ролик; 3 — блок; 4 — волока.

Рис. 11 — Машины непрерывно — роликового типа без скольжения

2.2 Обоснование выбранного технологического процесса

Для волочения применим волочильный стан непрерывно-петлевого типа (рис. 11).

Регулировка скорости между блоками волочильной линии непрерывно петлевого типа обеспечивается танцующим рычагом с роликом (датчиком) скорости. При этой системе регулирования скорость каждого барабана управляется через танцующий рычаг с роликом, расположенном на предыдущем блоке. Этот качающийся рычаг с роликом закрепляется на валу, установленном на подшипники. Движением танцующего рычага с роликом управляет неконтактное устройство, которое автоматически удерживает рычаг в центральном (равновесном) положении, не зависящем от маршрута волочения или режима работы линии. Обрывы проволоки на линии, если они происходят, определяются с помощью электронных датчиков, которые в случае обрыва проволоки на любом участке линии волочения подают сигнал на прекращение работы двигателей. В случае обрыва проволоки происходит аварийная остановка всей линии волочения проволоки и включается световая сигнализация на пультах и основном электрическом шкафе.

Каждый блок снабжается ориентируемой (по вертикали, горизонтали и оси волочения) мыльницей с неподвижным или вращающимся волокодержателем и емкостью для сухой технологической смазки. Волока охлаждается водой (прямое охлаждение) и устанавливается так, что ее легко заменить. Сборные волоки (называемые в иностранной литературе волоками давления), широко применяемые на наших заводах для создания режима гидродинамического трения в очаге деформации, в странах-производителях волочильных машин широкого применения не нашли. Применяются обычные твердосплавные волоки, запрессованные в обоймы. Мыльницы с волокодержателями таких волок не позволяют использовать сборные волоки из-за различия в их наружных размерах. Поэтому применение сборных волок требует использования специальных мыльниц с волокодержателями, внутренняя полость которых вмещает сборные волоки. Анализ модели обеспечивают эффективное охлаждение всего корпуса сборной волоки. Напор охлаждающей воды регулируется ручным вентилем, установленным на передней панели блока. На выходе каждого волокодержателя расположены ролики на подвижном рычаге, которые подавляют чрезмерную вибрацию проволоки при ее движении между блоками.

Рис. 11 — Волочильный стан непрерывно-петлевого типа

Для обеспечения эффективного удаления пыли из внутренней части многократной линии трубопроводы отсоса пыли установлены, по отношению к всасывающим отверстиям, непосредственно ниже рабочей области линии, т. е. по вертикали ниже волокодержателя и барабана. Остановка линии как в экстренном случае, так и в нормальных условиях остановки обеспечивается управляемым торможением регенеративного типа. Линейное ускорение и замедление регулируется и оптимизируется в соответствии с условиями эксплуатации линии. Конструкция блоков облегчает работу по их обслуживанию. Так, двигатели внешние к структуре и барабаны могут быть удалены (отсоединением устройства зажима конуса) без удаления защитных кожухов и т. д. Каждый блок имеет ножную педаль управления для движения барабанов толчками.

2.3 Определение режимов волочения

Современные машины волочения для производства проволоки оснащены информационно-контрольным блоком на базе ПК. В процессе работы на дисплей непрерывно выводится информация о технологическом маршруте, скорости обработки, нагрузках на двигатели, расходуемой мощности, объемах производства проволоки в метрах или весовых единицах за любой отрезок времени, а также неисправностях отдельных узлов и механизмов. С помощью ЭВМ накапливается и обрабатывается оперативная информация о работе машины и ходе технологического процесса, проводится анализ отказов оборудования, причин остановки и простоя, нормального хода процесса. Однако ПК способен не только производить сбор, обработку и выдачу информации пользователю. Наиболее эффективно он проявляет свои возможности при использовании в качестве управляющего органа машины, способного обеспечить ведение процесса производства проволоки в оптимальном режиме при учете всех факторов, влияющих на ход пластической обработки.

Рассмотрим, что может использоваться в качестве параметра оптимизации при многократном волочении проволоки на машинах петлевого типа. Характерной особенностью данных машин является то, что процесс волочения ведется с регулируемым противонатяжением, которое создается за счет рассогласования скоростей вращения соседних барабанов и при прохождении проволоки через регулирующий и направляющий ролики. Противонатяжение оказывает двойственное влияние на процесс волочения проволоки. С одной стороны, оно уменьшает контактные напряжения в очаге деформации и вызывает повышение износостойкости волок за счет снижения сил трения. С другой стороны — увеличивает усилие волочения, что ведет к снижению коэффициента запаса прочности и повышает вероятность обрыва проволоки. В зависимости от конкретных условий производства каждый из этих критериев может рассматриваться в качестве параметра оптимизации величины противонатяжения. Однако за параметр оптимизации целесообразно выбрать максимальную производительность при наименьших материальных затратах, при этом противонатяжение и износостойкость волок будут, как и ряд других параметров, определять материальные затраты. Сформулируем условие оптимизации процесса волочения

т.е. объем производства за любой отрезок времени должен быть максимальным при условии, что материальные затраты за этот же отрезок времени в сумме составляют то минимальное значение, которое возможно при данных условиях производства. При этом под W_i, понимаются энергозатраты, а под M_i — расход металла и вспомогательных материалов.

Основную статью энергозатрат составляет расход энергии, которую потребляют электродвигатели привода барабанов машины, вращение которых обеспечивает создание необходимого усилия волочения в каждом проходе. Мощность привода всей машины, требуемая для волочения, определяется как

где W_bУ — мощность привода волочильной машины, кВт;

m — число двигателей привода барабанов;

Q_i+1 — противонатяжение проволоки в (i + 1) — волоке;

з_i — кпд привода i-го барабана;

х_i — окружная скорость i-го барабана, м/с;

W_{ix. x. -} мощность холостого хода двигателя привода i-го барабана;

P_i — усилие волочения проволоки в i-й волоке, Н

Таким образом, для минимизации W_bi, необходимо вести волочение как можно с меньшей кратностью при минимальном усилии в каждом проходе и с максимально возможным противонатяжением.

Скорость волочения не может быть варьируемым параметром, так как при прочих равных условиях определяет производительность.

Поэтому для выполнения условия (4.20) скорость волочения должна быть максимальной для данных условий; кпд привода и мощность холостого хода будем считать для данных условий величинами постоянными; основными переменными параметрами процесса волочения в выражении (4.21) будут число переходов N, усилие волочения Р_i и величина противонатяжения Q_i.

Число переходов N является функцией вытяжки за проход, т. е. N = N (i), а вытяжка за проход зависит от напряжения волочения, которое должно быть меньше сопротивления растяжению деформируемого металла после выхода его из волоки. Второй переменной для N является степень предварительного упрочнения металла; таким образом, можно записать

N = N (л_i, у_bi, у_si)

В реальных условиях для стальной низкоуглеродистой проволоки величина л_i не должна превышать 2,5 за проход. Для установления зависимости параметров P_i и Q_i от входных параметров рассмотрим действие основных сил на проволоку во время волочения.

Определение технологических параметров процессов волочения (скорость волочения, единичные и суммарные вытяжки, переходы волочения и т. д.) производятся: расчетным путем; по номограммам, по таблицам.

Скорость волочения х — скорость движения металла при выходе его из волоки (при многократном волочении — скорость на выходном барабане). Выбор скорости волочения зависит от размеров и свойств протягиваемой проволоки и условий волочения.

Фактическая скорость волочения на любом промежуточном барабане х_Бn при заданной скорости волочения на конечном барабане х_Бк может быть найдена из соотношения

где х_Бn — фактическая скорость волочения на любом промежуточном барабане, м/с

х_Бк — скорость волочения на конечном барабане, м/с

мⁿ — коэффициент вытяжки

n — кратность волочения между конечным барабаном и промежуточным

Скорость намотки проволоки на конечный барабан н_Бк определяется по формуле

где D_Бк — диаметр конечного барабана, м

n_Бк — конечная кратность волочения

2.4 Расчет энергосиловых параметров процесса волочения

В общем виде схема процесса волочения проволоки представлена на рис. 3. Заготовка сечением Г₀ под действием приложенной к ней внешней силы Р протягивается через коническое отверстие волочильного инструмента и приобретает при этом форму и сечение Р_к этого инструмента.

Сила волочения Р — осевая сила, приложенная к протягиваемой заготовке у выхода ее из волоки, необходимая для осуществления процесса волочения

1 — волока; 2 — заготовка

Рис. 12 — Схема процесса волочения проволоки

Сила волочения Р является одним из главных показателей всего процесса волочения и ее величина для конкретного диаметра проволоки зависит от влияния многих факторов, главными из которых являются: прочность и пластичность протягиваемого металла; величина относительного обжатия д; геометрия волочильного инструмента; коэффициент внешнего трения f в зоне деформации.

Силу волочения Р удобно выразить через напряжение волочения К_в

Р = К_вF_к

Напряжение волочения Кв — нормальное растягивающее напряжение, возникающее в поперечном сечении протягиваемой заготовки при выходе ее из волоки, под действием приложенной к ней силы волочения Р.

Процесс волочения возможен при соблюдении неравенства К_в < у_т, в противном же случае пластическая деформация будет продолжаться и после выхода протягиваемого металла из волочильного инструмента и, как следствие, возникают затяжка (утонение) проволоки и частые обрывы. Для ведения устойчивого (безобрывного) процесса волочения должны строго соблюдаться в течение всего процесса волочения следующие соотношения:

у_т / К_в = г_з = 1,4 ч 2,3

у_в / г_з < у_т

где г_з — коэффициент запаса прочности при волочении;

у_т — предел текучести

у_в — временное сопротивление разрыву при выходе проволоки из зоны деформации.

Силу волочения F, а также напряжение волочения К_в, от которых в практических условиях волочения зависят такие важные показатели, как мощность N_в, затрачиваемая на волочение, и другие показатели, можно определить по формуле Р.Б. Красильщикова

где F — сила волочения, Н;

d — диаметр катанки, мм;

д_ед^ср — среднее значение относительного удлинения в очаге деформации,%

у_в^ср — среднее значение предела прочности металла в очаге деформации Н/мм²

Мощность привода P определяется по формуле

где P — мощность привода, кВт

F — сила волочения, Н

н — скорость волочения, м/мин

2.5 Выбор оборудования для процесса волочения

Основное оборудование

Волочильный стан SCWD-550−6 предназначен для производства проволоки диаметром 3,60−3,00 мм из низкоуглеродистой, высокоуглеродистой и легированной стали. Используемый горячекатаный прокат (катанка) — 5,5−6,5 мм.

Рис. 13 — Волочильный стан непрерывно-петлевого типа SCWD-550−6

Комплектация стана:

размотка катанки — сдвоенная размоточная фигурка модели WRM-3000;

аппарат механического удаления окалины — модель MDC-7L (4);

волочильный стан — входная секция модели SCWD-550DW, три секции модели SCWD-550;

аппарат непрерывного съема — модель NSC-550D с механической самодвижущейся вращающейся тележкой для формирования бунтов

проволоки в розетты весом до 1200 кг;

намоточный аппарат — модель SPC-1000 для намотки проволоки на катушки и бескаркасные мотки весом до 1200 кг;

сварочный аппарат — модель PT-2 для стыковой сварки катанки с ручной зачисткой сварочного града;

сварочный аппарат — модель PT-1 для стыковой сварки проволоки с ручной зачисткой сварочного града;

вальцовочный аппарат — модель PM-12 для острения катанки и проволоки при заправке волочильного стана;

увязочный аппарат — пневматический увязочный аппарат модели A452-A461 для увязки мотков и катушек с проволокой стальной лентой;

системы управления волочильным станом — Siemens.

Технические характеристики волочильного стана SCWD-550−3:

максимальная скорость волочения на входном барабане — 180 м/мин;

максимальная скорость волочения на выходном барабане — 860 м/мин;

общая установленная электрическая мощность — 350 КВт;

расход воды на охлаждение — 300 л/час.;

расход воздуха — 60 м³/час (давление 6 атм.);

производительность — 9182 т в год при двусменной работе (коэффициентом загрузки оборудования 85%).

Вспомогательное оборудование для волочения проволоки

При достигнутых в современном проволочно-волочильном производстве высоких скоростях волочения проволоки роль вспомогательного оборудования становится не менее важной, чем основного волочильного оборудования, так как от вспомогательного оборудования зависит непрерывность работы волочильных машин и других агрегатов обработки проволоки, удобство и безопасность обслуживания, их фактическая производительность.

Размоточные устройства предназначены для размотки заготовки с мотков, катушек разной емкости (от 1,0 до 2000 кг) или специальных контейнеров, для подачи ее в волоку первого (входного) барабана волочильной машины (рис. 14)

Рис. 14 — Безынерционное размоточное устройство

Устройства для приема протянутой проволоки

Протянутая на волочильной машине проволока накапливается на приемном устройстве (рис.15).

Рис. 15 — Устройство для приема проволоки с конечного барабана волочильной машины

3. Организационно-экономический раздел

3.1 Организация производства в цехе

Для размещения основного и вспомогательного оборудования, заготовок и готовой проволоки у каждой волочильной машины (или группы волочильных машин при многостаночном обслуживании) предусматривается рабочая площадка, размеры которой должны обеспечить удобство и безопасность обслуживания этого оборудования.

Основные габаритные размеры при одностаночном или многостаночном обслуживании волочильных машин, а также ширина проездов для внутрицехового напольного транспорта, обслуживающего волочильные машины в соответствии с существующими нормами должны

быть не менее указанных ниже (рис. 16):

Габарит, А — расстояние между волочильными машинами:

при одностаночном обслуживании волочильных машин-1300 мм;

при двухстаночном (валетном) обслуживании волочильных машин — 2200 мм;

при трех и более станочном обслуживании волочильных машин (в ряд) — расстояние между обслуживаемыми машинами выбирается из условий удобства обслуживания. Остальные габариты, как при одностаночном обслуживании.

Габарит В — расстояние между стенкой (колонкой) и волочильной машиной 800 мм.

Габарит С — расстояние от края стены или колонны до края размоточного или намоточного устройства: С₁ — 1200 мм; С, — 1200 мм + габарит транспорта.

Габарит D — ширина проезда напольного транспорта: D = 2500 мм — при одностороннем движении и ширине напольного транспорта до 1200 мм;

D = 3500 мм — при двухстороннем движении и ширине напольного транспорта до 1200 мм; D = 3000 мм — при одностороннем движении и ширине напольного транспорта до 2000 мм; D = 5000 мм — при двухстороннем движении и ширине напольного транспорта до 2000 мм.

Габарит L — расстояние от оси размоточного или намоточного устройства до габарита волочильной машины (до первой мыльницы): для намоточного или размоточного устройства с врашающейся катушкой L = (2,5 ч 5,0) В мм, где В — ширина катушки, мм, при этом угол б должен быть не более 10−12°; для размоточных устройств с мотков L = 1,5 ч 4,0 м (этот габарит может иметь вертикальное направление).

Размещение электрических шкафов управления. В современных крупных волочильных цехах шкафы управления волочильных машин обычно размешают в отдельных закрытых технических помещениях, оборудованных приточной вентиляцией с избыточным давлением 20−30 Па для предотвращения засоса пыли из цеха. При отсутствии таких помещений шкафы управления устанавливают над волочильными машинами на металлических галлереях или балконах или других свободных производственных площадях вблизи волочильных машин с соблюдением габаритов для их обслуживания (табл.9 и рис.16).

Таблица 9 — Габаритные размеры электрощкафов

Способы размещения электрических шкафов управления волочильным станом изображены на рисунке, а — трех станочное обслуживание машин (расположение машин в ряд); б — одностаночное обслуживание машин; в — двух-станочное обслуживание машин (валентное расположение);

1 — инерционный намоточный аппарат; 2 — инерционное — размоточное устройство с мотков; 3 — пульт управления; 4 — столик с абразивным кругом и стационарными ножницами; 5 — сварочный аппарат; 6 — поворотная грузоподъемная колонна для съема мотков: 7 — инерционное размоточное устройство с катушек; 8 — стеллаж для складирования мотков готовой проволоки: 9 — столик для увязки мотков Рис. 16 — План размещения волочильных машин и вспомогательного оборудования, а — напольное при двухстороннем обслуживании; б — напольное при одностороннем обслуживании; в — размещение на балконе Рис. 17 — Размещение электрических шкафов управления волочильным станом:

3.2 Расчет количества оборудования

Количество оборудования n определяется по формуле

где n — число однотипных машин;

Ф_вр — действительный фонд времени оборудования, ч;

Н_выр — прогрессивная норма выработки, т;

Н_вр — плановая трудоемкость единицы продукции;

П_м — производственная мощность цеха, т

3.3 Организация технического контроля

Поскольку современное производство проволоки является массовым либо крупносерийным, то для оценки качества проволоки применяется, как правило, метод статистического контроля — так называемый выборочный метод, при котором оценка качества партии проволоки производится по результатам оценки качества определенной части этой партии — выборки. При этом выборочный метод контроля в соответствии с требованиями НТД.

Выборочный метод контроля качества позволяет значительно сократить штаты работников технического контроля, занимающихся непосредственно оценкой качества проволоки, вместе с тем требует ужесточения технического контроля на всех стадиях производства.

Моток (катушка) проволоки как объект технического контроля представляет определенные трудности для объективной оценки его качества. Во-первых, потому, что оценка качества мотка производится по результатам испытаний двух его концов (переднего и заднего), а между этими концами может быть расстояние в тысячи или десятки тысяч метров

Готовая проволока на предприятии-изготовителе предъявляется контрольно-приемному органу (ОТК) партиями.

Партия состоит из проволоки одного номинального диаметра, одной марки металла, одного вида поверхности, а также имеющей иные однотипные свойства, характеризующие конкретный вид проволоки, и сопровождается документом о качестве (сертификатом).

Осмотр и замер проволоки. Визуальный осмотр и замер предъявленной к сдаче проволоки производится с целью:

определения качества намотки мотка (катушки) и обвязки его;

установления соответствия массы мотков и габаритных размеров принятой норме для данной партии проволоки;

проверки качества поверхности проволоки, в том числе целостности защитного покрытия;

установления фактического диаметра проволоки или других геометрических размеров, а также определения наличия дефектов, которые могут повлиять на качество проволоки.

Осмотру и обмену подвергаются, как правило, все 100% предъявленных к сдаче мотков (катушек).

Осмотр поверхности проволоки производится невооруженным глазом. Лишь в сомнительных случаях, а также при осмотре микротонкой проволоки нормативно-техническая документация на конкретные виды проволоки допускает применение увеличительных приборов определенной кратности (не более х25) можно рассматривать с применением лупы.

3.4 Организация ремонта и обслуживания оборудования

Система технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) проволочно-волочильного оборудования предусматривает проведение текущих и капитальных ремонтов оборудования в определенной последовательности, что должно обеспечить его высокую работоспособность.

Нормативы трудовых затрат на ремонт проволочно-волочильного оборудования приведены в табл. 8.

Система предусматривает проведение в течение одного ремонтного цикла трех видов текущих ремонтов (Т" Т₂ и Т₃) и одного капитального ремонта (К).

Затраты на текущие ремонты относятся за счет эксплуатационных расходов, а капитальные ремонты финансируются за счет амортизационных отчислений.

Таблица 8 — Нормативы трудовых затрат

Уход за оборудованием в период между очередными ремонтами осуществляется дежурными слесарями из расчета обслуживания на одного слесаря в одну смену 800 единиц ремонтной сложности волочильного оборудования.

3.5 Расчет площади цеха и его планировка

Площади цеха первоначально определяют по показателям выпуска продукции. В дальнейшем уточняют при разработке компоновки и планировки цеха.

Распределение площадей по отдельным категориям рекомендуется производить в соответствии с классификацией, приведенной ниже.

Производственные площади. К этой категории относится отделение в котором проводят процесс волочения.

Площадь производственного помещения определяется по формуле

где S_П — площадь производственного помещения, м²;

n — количество оборудования;

S_о — площадь оборудования, м².

Вспомогательные площади. К этой категории относят площади: отделения подготовки материалов (в случае размещения при цехе). Относят площади: вентиляционных установок, насосных станций и другого вспомогательного оборудования и сооружений, входящих в комплект оборудования; силовых трансформаторных подстанций; пультов управления общецеховыми системами транспорта; ремонтных служб цеха (механои электроремонтных); цеховых лабораторий.

Складские помещения цеха относят также к вспомогательным. При цехе могут быть следующие склады: склад материалов, склад готовой продукции, склад деталей, склад приспособлений.

Основной задачей цеховых складов является обеспечение нормального хода производства. В комплекс цеховых складов входят склад заготовок, готовых изделий.

Площадь склада заготовок и готовых изделий S определяется по формуле

где S — площадь склада, м²

Q — масса заготовок, обрабатываемых в цехе в течение года, т;

t — запас хранения заготовок, дни;

D — число рабочих дней в году, D = 253 дня;

q — средняя грузонапряженность площади склада, т/м²;

k — коэффициент использования площади склада, учитывающий проходы и проезды; при использовании напольного транспорта k=0,4.

Склад заготовок составит

Склад готовой продукции составит

Бытовые помещения, санузлы, общецеховые конторы и конторы мастеров;

Имеющиеся в цехе проезды и проходы включают в состав площади цеха

Площадь раздевалки определяется в зависимости от количества рабочих. В цехе работает 5 рабочих. Площадь раздевалки составит 9 м²

Комната отдыха определяется от количества работников цеха. В цехе работает 9 человек. Площадь комнаты отдыха 12 м²

1 — инерционный намоточный аппарат; 2 — волочильный стан; 3 — рабочий; 4 — пульт управления; 5 — столик с абразивным кругом и стационарными ножницами; 6 — сварочный аппарат; 7 — инерционное размоточное устройство с катушек.

Рис. 18 — Планировка мини-цеха волочения проволоки

3.6 Экономическое обоснование проекта

Критерием хозрасчетной эффективности использования нового технического решения на предприятии является рост прибыли, который, в общем случае, подсчитывают по формуле

где Ц — цена единицы продукции, руб.;

С — себестоимость единицы продукции, руб.;

N — годовой выпуск продукции, шт. (индексы I и 2 относятся к сравниваемым вариантам производства: соответственно базовому и новому).

Здесь приводятся те экономические зависимости, которые ближе всего к технической стороне машиностроительного производства и одинаковы для плановой и рыночной экономик. Количественные же значения показателей эффективности и структуры себестоимости относятся к периоду до начала радикальных экономических реформ и в условиях переходного к рыночной экономике периода, когда еще не сформировались ценовые пропорции на основные факторы производства, будут меняться.

Сравнительную экономичность нового варианта производства изделий в рамках отдельного предприятия характеризуют совокупностью следующих показателей: экономией на себестоимости; экономией на приведенных затратах и сроком окупаемости.

Экономия приведенных затрат (годовой — экономический эффект) где К₁ и К₂ — капиталовложения (единовременные затраты) по сравниваемым вариантам;

К₂ — К₁ — дополнительные капитальные вложения;

Е_н — нормативный коэффициент эффективности дополнительных капитальных вложений.

Условием эффективности мероприятия по внедрению новой техники является требование Э_пр > 0 или ДП (К₂ — К₁) > Е_н, т. е. отношение роста прибыли к сделанным для достижения этой цели дополнительным капиталовложениям превышает норматив.

Расчетный срок окупаемости (годы) капитальных вложений Условие экономической эффективности новой техники выражают неравенством Т_{ок. р} < Т_{ок. н}, где нормативный срок окупаемости капитальных вложений Т_{ок. н} =1/Е_н.

Таким образом, детальная оценка экономической эффективности нового объекта кузнечно-штамповочного производства сводится к последовательному расчету экономии на себестоимости, годового экономического эффекта и срока окупаемости капитальных вложений, который сопоставляется с нормативным. Экономию на себестоимости определяют путем прямого расчета и сравнения себестоимостей изготовления деталей по базовому и новому вариантам или подсчета только изменяющихся статей себестоимости. При этом должны учитывать показатели как непосредственно кузнечного производства (изготовление поковок), так и затраты на обработку поковок резанием (изготовление деталей).

В отдельных случаях, когда в первую очередь важны соображения социального, экологического или другого характера, для оценки эффективности мероприятий по новой технике могут быть использованы частные показатели, такие, как повышение производительности труда, ликвидация тяжелых или вредных условий работы, увеличение качества и надежности изделий и т. п. Так, например, себестоимость поковок, изготовленных на горячештамповочных автоматических линиях, часто оказывается выше себестоимости поковок, изготовленных на базовом комплекте оборудования. В то же время применение автоматических линий улучшает условия труда, снижает производственный травматизм и утомляемость рабочих, что имеет особое значение при трудностях обеспечения кадрами рабочих мест с тяжелыми условиями труда. Поэтому при оценке экономического эффекта рекомендуют учитывать социальный фактор, переводя его в экономический.

4. Мероприятия по охране труда и окружающей среды

4.1 Охрана труда

Правила безопасности при эксплуатации проволочно-волочильного оборудования

Эксплуатация современного волочильного оборудования, работающего с большими линейными и угловыми скоростями, связана с опасностью возникновения обрывов проволоки, требует тщательного и точного выполнения всех правил безопасной эксплуатации оборудования, которые приведены ниже:

1. К выполнению работ по волочению проволоки допускаются лица, прошедшие специальное обучение по профессии волочильщика проволоки, а также прошедшие специальный инструктаж по правилам техники безопасности на рабочем месте и в цехе, о чем должна быть сделана соответствующая запись в журнале инструктажа с росписью рабочего-волочильщика, получившего инструктаж, и лица (мастера), проводившего этот инструктаж.

Периодичность проведения повторных инструктажей по технике безопасности на рабочем месте для рабочего-волочильщика устанавливается приказом или письменным распоряжением по цеху.

2. Волочильщик проволоки обязан приступить к работе в спецодежде, головном уборе и в защитных очках.

3. Перед началом работы волочильщик обязан принять смену у своего сменщика и в первую очередь проверить исправность узлов и деталей волочильной машины и вспомогательного оборудования, обеспечивающих безопасность обслуживания:

а) электропусковую аппаратуру: кнопки, выключатели, штанги, концевые, обрывные и петлевые выключатели, тормозные устройства, обеспечивающие аварийный останов и торможение волочильного стана и вспомогательного оборудования;

б) наличие и исправность всех видов ограждений, работу блокировочных устройств на ограждениях барабанов и намоточных аппаратов.

4. Заправку волочильной машины волочильщик обязан производить в соответствии с правилами цеховой инструкции, которые зависят от размера и качества протягиваемой проволоки и имеющегося в цехе волочильного оборудования. Во избежание несогласованных действий заправка волочильной машины должна производиться только одним рабочим.

5. Во время работы волочильной машины волочильщику категорически запрещается:

а) переключать рабочие скорости волочения;

б) производить любые операции, связанные с поправкой движущейся проволоки в любых местах волочильного стана или размоточно-намоточных устройств, ловить выходящий из волоки конец проволоки и другие аналогичные операции.

6. Все технологические операции, связанные с укладкой мотка проволоки на размоточном устройстве, съемом мотка с конечного барабана, заправкой машины, зачисткой конца проволоки на абразивном инструменте и сварку концов проволоки волочильщик обязан производить в защитных очках.

7. Для перемещения заготовки или головой проволоки на рабочей площадке волочильщик должен быть обучен правилам безопасной работы с грузоподъемными механизмами и иметь об этом соответствующее удостоверение.

Не разрешается использование обвязок мотка для зачалки при погрузочно-разгрузочных работах.

Требования по технике безопасности к конструкции волочильных машин и вспомогательного оборудования

1. Ограждения волочильных машин и вспомогательного оборудования:

а) все вращающиеся детали волочильной машины должны быть защищены ограждениями.