Технология электроконтактного нагрева заготовок (стр. 13 из 14)

где С_ч = 0,615 руб/ч — часовая заработная плата нагревальщика;

К_ц— коэффициент, учитывающий долю расхода на общецеховой персонал.

Ориентировочно можно принять К_ц — 1,1 (10% от заработной платы нагревальщика). Стоимость обслуживания может быть найдена по формуле для расчета стоимости амортизационных расходов.

Стоимость воды, расходуемой на охлаждение электроконтактных установок. Электроконтактные нагревательные установки потребляют большое количество электрической энергии; в токоведущих элементах, охлаждаемых водой, наблюдаются значительные тепловые потери. Поэтому для охлаждения этих элементов требуется соответствующее количество воды, которое зависит от тепловых потерь.

Так как тепловые потери учитываются электрическим к. п. д., то потребное количество воды и стоимость ее на 1 т металла можно определить в зависимости от к. п. д. установки, а следовательно, и от геометрических размеров заготовки. Стоимость воды, отнесенную к 1 т металла, можно вычислить по формуле:

(46)

Где - W_min теоретический минимум энергии, необходимый для нагрева 1 т металла до температуры 1200 ⁰С в квт-ч;

∆t — разность температур воды на входе и выходе из охладительной системы установки.

Постоянный коэффициент в формуле соответствует условию, когда

∆t = 25° С и с₄ = 0,6 коп/м³ воды.

Пользуясь кривыми, приведенными на рисунке 6.1 для к. п. д. ή_о, и значениями электрического к. п. д., получим стоимость воды, отнесенную к 1 т металла, в зависимости от диаметра нагреваемых заготовок (кривые 4—6 на рисунке 6.2).

Из формулы (46) и кривых на рисунке 6.2 видно, что стоимость воды, отнесенная к 1 т металла, не превышает 0,3 руб. при l₂/ d²₂ = 1.

Следовательно, все основные статьи расходов, связанные с нагревом металла, учтены.

В отдельных случаях приходится учитывать стоимость штампов, но так как в настоящее время нет даже сколько-нибудь надежныхданных, касающихся стойкости штампов при различных способах нагрева, основаны на эксплуатации электроконтактных установок Горьковского автозавода с радиальными зажимными контактами, непригодных для нагрева заготовок под объемную штамповку, то здесь принимается, что износ штампов будет одинаковый при всех способах нагрева.

Общая стоимость нагрева. Из указанных выше статей расходов складывается общая стоимость нагрева 1 т металла электроконтактным способом:

Рисунок 6.3 - Зависимость общей стоимости нагрева электроконтактным способом от диаметра заготовок

1 — l₂/ d²₂ = 1; 2 — l₂= 1000 мм; 3 — l ₂= 200 мм

На рисунке 6.3 приведены кривые, показывающие зависимость стоимости нагрева 1 т металла от диаметра нагреваемых заготовок.

Сопоставление технико-экономических показателей двух способов нагрева

Приведенные выше экспериментально-расчетные данные двух электрических способов сквозного нагрева металлов и рассмотрение условий, которым они соответствуют, позволяют сопоставить основные и наиболее важные их технико-экономические показатели.

Скорость нагрева. Зависимость времени (продолжительности)

нагрева заготовок от их диаметра для указанных двух способов нагрева приведена на рисунке 6.4.

Рисунок 6.4 - Зависимость времени нагрева заготовок различными способами от диаметра последних: 1 — электроконтактный; 2 — индукционный.

Скорость индукционного нагрева соответствует оптимальной частоте и температурному перепаду между центральной и периферийными зонами, равному не более ∆t = 100° С (экспериментальные кривые на рисунке 6).

Значения скоростей электроконтактного способа нагрева соответствуют эксплуатационным значениям скоростей действующих установок (кривая 3 на рисунке 8).

Коэффициент полезного действия. Для сопоставления к. п. д. двух этих способов нагрева на рисунке 6.5 приведена зависимость общих расчетно-эмпирических к. п. д. от диаметра нагреваемыхзаготовок.

Так как к. п. д. электроконтактных установок находится в зависимости от длины заготовок при одном и том же диаметре, то на фигуре приведены кривые для l₂= 100 мм и l₂ = 1000 мм и для оптимального условия, соответствующего отношениюl₂/ d²₂>= 1.

Из фигуры видно, что, начиная со значения отношения l₂/ d²₂ = 1,0, к. п. д. электроконтактных установок примерно в 1,5— 2 раза больше к. п. д. индукционных установок.

К. п. д. индукционных установок при оптимальной частоте и постоянном зазоре между катушкой индуктора и заготовкой (25 мм) имеет наибольшее значение и равен 0,42—0,44 , для заготовок диаметром 30—100 мм; при изменении диаметра заготовок в ту или иную сторону к. п. д. уменьшается до 0,25—0,3.

Стоимость нагрева 1 т металла. При сопоставлении стоимости нагрева 1 т металла для рассматриваемых способов нагрева необходимо иметь в виду, что она зависит от геометрических параметров нагреваемых заготовок и нагревательного устройства.

На рисунке 6.6 приведена зависимость стоимости нагрева 1 т металла от диаметра нагреваемых заготовок для рассматриваемых способов нагрева.

Рисунок 6.5 - Зависимость общего к. п. д. для различных способов нагрева от диаметра заготовок:

1 — для индукционного; 2 — l₂/ d²₂ = 1; 3 — l₂= 100 мм;

4 — l ₂= 1000 мм для электроконтактного способа нагрева.

Приведенные данные позволяют сделать следующие выводы:

1.Из двух электрических способов сквозного нагрева заготовок с поперечными сечениями до 100 мм и длиной более 150 мм электроконтактный способ является экономичнее индукционного.

2.При l₂/ s₂>= 1 электроконтактный нагрев в 1,5—2,0 раза дешевле индукционного.

3.Стоимость нагрева 1 т металла индукционным способом наибольшая для заготовок малого диаметра, наименьшая для заготовок среднего диаметра (40—75 мм).

4.К. п. д. этих способов нагрева, а следовательно, и стоимость нагрева 1 т металла зависят от геометрических параметров нагреваемых заготовок.

Для получения наибольшего значения к. п. д. и большей производительности нагревательного устройства при индукционном способе необходимо иметь оптимальную частоту тока, при этом следует соблюдать условие l₂/ δ₂> 5/6, а при электроконтактном способе — условие l₂/s₂ > 1 при прочих равных условиях.

5. При индукционном способе нагрева существенное значение имеет эксплуатационный к. п. д. индукционного устройства, включая генератор, питающий нагревательный индуктор или несколько индукторов; работа их вхолостую или с неполной нагрузкой значительно снижает к. п. д.

При электроконтактном способе нагрева понятие эксплуатационного к. п. д. теряет свой обычный смысл, так как электроконтактные установки не работают вхолостую, при выключении нагрева трансформатор отключается от сети и энергия из сети не потребляется.

Рисунок 6.6 - Зависимость стоимости нагрева 1 т металла различными способами от диаметра заготовок:

1 — для индукционного способа нагрева; 2 — l₂/ d²₂ = 1; 3 — l₂= 100 мм; 4 — l₂ = 1000 мм для электроконтактного нагрева

Приведенные технико-экономические показатели позволяют сделать вывод о том, что электроконтактный способ является технически наиболее совершенным, экономически более эффективным и рентабельным; конструкция нагревательных установок наиболее проста и удобна в эксплуатации по сравнению с индукционными и печными установками.

Однако это ни в какой степени не снижает ценности индукционного способа при применении его в тех областях, в которых индукционный принцип передачи энергии в нагреваемую массу металла является единственно целесообразным — при нагреве коротких мерных заготовок диаметром более 50 мм под объемную штамповку, при нагреве для поверхностной закалки, сквозном нагреве заготовок с большим поперечным сечением (более 100 мм) и для других технологических операций.

Весьма существенное значение имело бы сопоставление технико-экономических показателей электрических способов нагрева с печным, но сделать это в общем виде, подобно произведенному выше, для рассмотренных способов крайне затруднительно, поэтому практически производится сопоставление для каждого конкретного случая отдельно.

Заключение

Приведенные технико-экономические показатели позволяют сделать вывод о том, что электроконтактный способ является технически наиболее совершенным, экономически более эффективным и рентабельным; конструкция нагревательных установок наиболее проста и удобна в эксплуатации по сравнению с индукционными и печными установками.

Современное развитие машиностроения связано все с большим применением труднообрабатываемых материалов, деталей сложной конфигурации, большая часть из которых имеет низкую производительность при механической обработке. Одним из перспективных направлений новых технологий, позволяющих значительно увеличить производительность обработки, а также стойкость инструментов является электроконтактная обработка, сущностью которой является создание искусственного источника тепла в зоне обработки от ввода технологического тока, что, в свою очередь, ведет к увеличению производительности обработки в несколько раз. Следует также иметь в виду, что электроконтактная обработка не только позволяет получать поверхности высокой точности и низкой шероховатости, но и при необходимости упрочнять поверхностный слой детали. Для получения же аналогичного качества поверхности при лезвийной обработке требовалась дополнительная термическая обработка поверхностей.