Резка. Подбор оборудования.

Заготовительные операции

Определение габаритности аппарата

Так как, согласно заданию, колонна является негабаритной и поставляется двумя частями, а окончательная сборка производится на месте монтажа, то расчет габаритности аппарата не производится.

Выбор материала

Основной вид проката, применяемый для изготовления корпусов колонной аппаратуры – это листовой прокат.

Для изготовления аппарата согласно [4, С.25] выбрали сталь ВСт3сп5 ГОСТ 380.

Химический состав стали и ее механические свойства привели в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 – Химический состав стали ВСт3сп5

Материал	ГОСТ	С, %	Mn, %	Si, %	Cr, Ni, %	S, P, %
не более
ВСт3сп5	380	0,14 – 0,22	0,4 – 0,65	0,12 – 0,3	0,3	0,04

 

Таблица 2 – Механические свойства стали ВСт3сп5

Материал	ГОСТ	sв, МПа	sт, Мпа	d, %	Ан, МДж/м2
ВСт3сп5	380	380	240	25	0,5

Низкоуглеродистые стали до 0,25% углерода, обладают хорошей свариваемостью. Сварные соединения легко обрабатываются режущим инструментом.

Во время сварки для снижения влияния металла на технологическую прочность эффективны швы со скосом кромок и многопроходная сварка; положительно сказывается применение постоянного тока при сварке.

Карта раскроя

Карта раскроя представляет собой чертеж развертки на плоскости, который определяет количес тво и габаритные размеры листов – заготовок, а также продольные и поперечные швы, их расположение и протяженность. Картой раскроя определяются основные технологические операции и их последовательность, точность изготовления, влияние на себестоимость и отходы металла. Поэтому карту раскроя необходимо рассматривать в нескольких вариантах.

Так как разработка технологического процесса производства сварного аппарата осуществляется в учебных целях, то толщину стенки средней части колонны вторичной перегонки примем равной 8 мм.

Карта раскроя первого типа (продольная ось симметрии листов перпендикулярна оси аппарата).

Рисунок 1 – Метод обечаек

Периметр обечайки П, м, определяли согласно [1, С. 101]

(1)

где D_В – внутренний диаметр колонны, м;

S – толщина стенки обечайки, м.

Согласно [3, С. 62] выбрали листовой прокат с размерами

L₁ = 5500 мм; В₁ = 1250 мм.

Количество листо в приняли n₁ =16.

Процент отхода S_отх, %, определяли по формуле

S_отх = (2)

где S – фактическая площадь, м²;

S_o – необходимая площадь, м².

Фактическую площадь S, м², определяли по формуле

S = L₁ × B₁ × n_1, (3)

S = 5,5 × 1,25 ×16 = 110 м²

Необходимую площадь S_o, м², определяли по формуле

S_o = L_Ц × П, (4)

где L_Ц – длина цилиндрической обечайки аппарата, м.

S_o = 21,579 ×5,0 =107,9 м².

Полученные значения подставляем в формулу (2).

S_отх =

Длину сварного шва l_шва, м, определим по формуле

l_шва=L× n₁ + B× n₂,

где n₁ – количество сварных швов по периметру аппарата,

n₂ – количество сварных швов по длине аппарата.

l_шва=21,579× 3 + 5,0× 3=79,73 м.

Построим карту раскроя второго типа (продольная ось симметрии листов параллельна оси корпуса)

L – длина листа, мм; B – ширина листа, мм.

Рисунок 2 – Метод карт

Путем подбора согласно [3,C.62] выбрали

12 листов с размерами L₂ = 5500 мм, В₂ = 1800 мм.

Фактическую площадь S, м², определяли по формуле

S = L₂ × B₂ × n₂, (5)

S = 5,5 × 1,8 × 12 =118 м² .

Процент отхода S_отх, %, определяли по формуле:

S_отх = (6)

где S – фактическая площадь, м²;

S_o – необходимая площадь, м².

S_отх =

Длину сварного шва l_шва, м, определим по формуле

l_шва=L× n₁ + B× n₂,

где n₁ – количество сварных швов по периметру аппарата,

n₂ – количество сварных швов по длине аппарата.

l_шва=5,5×11 + 21,579× 0=60,5 м.

Процент отхода карты раскроя первого типа меньше, чем второго типа, но не превышает допустимого значения 10%, а длина сварного шва для карты раскроя второго типа меньше, чем для карты раскроя первого типа. Следовательно, для изготовления корпуса приняли метод карт.

Окончательно приняли

Развертка эллиптического днища представляет собой круг.

Рисунок 3 – Эллиптическое днище

Значение диаметра окружности D_P, м, получается при вычислении, исходя из условия равенства поверхности днища и площади круга:

(7)

Коэффициент ε_H рассчитывается по формулам:

(8)

(9)

Полученные результаты подставляем в формулу (7):

Диаметр заготовки равен:

(10)

Отсюда приняли:

.

Очистка заготовок

В результате прокатки на поверхности стали образуется окалина, а за время транспортирования и нахождения на складе на поверхности стали может образоваться ржавчина и появиться загрязнение.

Ржавчину, окалину и загрязнения на поверхности металла можно удалять разными способами: химическим, термическим, механическим.

Для очистки травлением применяют слабые растворы кислот, а которые погружают или которыми смачивают обрабатываемые поверхности, однако, этот способ очистки мало распространен вследствие неблагоприятных условий труда.

Основными способами очистки поверхности металлических заготовок являются дробеметный способ и пескоструйная очистка.

Очистку проката от окалины и ржавчины можно производить методами газопламенной обработки: многопламенной газовой горелкой передвигаемой вдоль обрабатываемой поверхности. При этом поверхность нагревается до температуры, не превышающей 150 – 200 ⁰С, т. е. Очистка не сопровождается структурными изменениями в металле.

1.5 Подбор листоправильной машины

Правка представляет собой разновидность обработки металлов давлением и осуществляется путем многократного знакопеременного пластического изгиба обрабатываемого металла при напряжениях выше предела текучести.

Для правки листового проката применяли правильные роликовые машины.

Подбор листоправильной машины сводили к определению мощности привода.

Исходные данные:

Размеры листа:

Ширина b, мм 1800

Толщина S, мм 8

Марка стали ВСт3

Предел текучести s_т, МПа 320

Коэффициент упругой зоны k₃ третьего ролика приняли согласно [1,С 90] k₃=0,06.

Коэффициент упругой зоны k₂ второго ролика определяли согласно [3, С 89 ] по формуле

, (11)

Остальные значения коэффициентов упругой зоны роликов определяли согласно [3, С.89] по формуле

, (12)

Аналогично получили: ;

Усилие Р₁, МН, определяли согласно [3, С. 90] по формуле:

(13)

Усилие Р₂, МН, определяли согласно [3, С. 90] по формуле:

(14)

Усилия Р_3-7, Н, определяли согласно [3, С. 90] по формуле:

(15)

.

.

.

.

.

Усилие Р₈, МН, определяли согласно [3, С. 90] по формуле

(16)

.

Усилие Р₉, МН, определяли согласно [3, С. 90] по формуле

(17)

Крутящие моменты М'_1-9, Н×м, затрачиваемые каждым роликом на деформацию листа определяли согласно [3, С. 94] по формуле:

(18)

где σ_Т – предел текучести материала, МПа;

b – ширина листа, м;

s – толщина листа, м;

D – диаметр роликов, м;

Е – модуль Юнга, Е = 2∙10⁵.

Крутящие моменты М''_1-9, Н×м, от сил трения качения роликов по листу определяли согласно [3, С. 94] по формуле:

(19)

где f-коэффициент трения качения ролика по листу, f=0,1.

Крутящие моменты М'''_1-9, Н×м, от сил трения в подшипниках определяли согласно [3, С. 94] по формуле:

(20)

где μ – коэффициент трения в подшипниках, μ = 0,1.

d – диаметр цапфы ролика, d = 0,13.

Суммарный крутящий момент М_к, Н×м, определяли согласно [3,С.94] по формуле:

, (21)

Значения рассчитанные по формулам (14)-(17) занесем в таблицу 3.

Таблица 3 – Значения крутящих моментов

Мi, МН×м	М¢	M¢¢	M¢¢¢	Mi= M¢+ M¢¢+ M¢¢¢
M1	0	12	38,4	50,4
M2	4593	34,4	110,1	4737,5
M3	9806	46,7	146,24	10000
M4	1947	31,7	101,4	2080,1
M5	899	30,7	98,2	1027,9
M6	505	28	89,6	622,6
M7	312	25,1	80,3	417,4
M8	207	17,1	54,7	278,8
M9	0	5,4	17,28	22,68
М к = SМi	19237,4

Мощность привода N, кВт, листоправильной машины определяли согласно [3,С.96] по формуле:

(22)

Согласно [3,С.84] приняли листоправильную машину с параллельными рядами валков.

Характеристика машины:

Тип машины II

Число роликов 9

Диаметр правильных роликов, мм 230

Шаг t, мм 250

Диаметр цапфы ролика d, мм 100

Скорость правки V, м/с 0,133

К.П.Д. h, % 80

Мощность привода N, кВт 65

Разметка заготовок

Разметка заготовок из листового проката осуществляется построением разверток и вычерчи ванием на плоскости. При этом имеют в виду раскрой металла с минимальными отходами.

Различают три метода разметки:

1 Камеральный метод – заключается в переносе размеров на материал по предварительно разработанным эскизам развертки;

2 Плазовый метод развертки – заключается в выполнении развертки в натуральную величину на специально подготовленной плоскости, называемой плазом, или непосредственно на металле.

3 Оптический метод – заключается в применении системы линз.

Для изготовления аппарата выбрали камеральный метод, как самый распространенный при производстве аппаратуры.

Резка. Подбор оборудования.

Раскрой металла осуществляется методами холодной и термической обработки. Способы резания многочисленны. Их выбор определяется физио-химическими свойствами металла, основами металловедения и металлургии процесса резания и технико – экономическими показателями.

При прочих равных условиях преимущество имеет холодное резание без снятия стружки. Это объясняется производительностью процесса и минимальными затратами на технологические материалы.

Для оценки влияния химического состояния на разрезаемость стали рассчитываем эквивалент углерода:

(23)

где C, Cr, Si, Mo, V, Mn, Ni, Cu – процентное содержание в стали углерода, хрома, кремния, молибдена, ванадия, марганца, никеля и меди соответственно, %.

Так как эквивалент углерода С_Э меньше 0,6%, то резка возможна в любых условиях. Поэтому выберем резку на ножницах.

Предел прочности материала на срез, τ, МПа, определим согласно [7, С.16] по формуле:

(24)

где σ_в – предел прочности материала, МПа.

Для дальнейших расчетов выберем среднее значение из полученного промежутка; τ = 285 МПа.

Площадь резания для ножниц с параллельными ножами, F, м², определяется согласно [7, С.16] по формуле:

(25)

где S – толщина листа, м;

α – угол наклона ножа,⁰.

.

Резание происходит за счет развития ножами напряжения сдвига. Усилие для развития сдвига металла, Р_с, МН, определяется согласно [7, С.16] по формуле:

(26)

Рисунок 4 – Ход ножей

Расчетный ход ножей h, м, определяется согласно [7, С.16] по формуле:

(27)

где В – ширина листа, м;

α – угол между наклонными ножами, ⁰.

Действительный ход ножей H, м, определяется согласно [7, С.16] по формуле:

(28)

Работа резания за один ход ножа А, Н∙м, определяется согласно [7, С.16] по формуле:

(29)

Мощность привода N, кВт, определяется согласно [7, С.16] по формуле:

(30)

где А - работа резания за один ход ножа, Н∙м;

n – число ходов в минуту;

η – КПД; η = 0,75.