CC BY
23
Стаханова Яна Александровна, студентка, tsngs1is@,gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кутузова Анна Владиславовна, студентка, tsngsIisagmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Гусев Андрей Дмитриевич, студент, tsngs1is@,gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет.
CHANGES IN MECHANICAL PROPERTIES OF LOW-CARBON BINNITE STEEL DURING TEMPERING
I.A. Stakhanova, A. V. Kutuzova, A.D. Gusev
Experiments were conducted to identify the nature of changes in the mechanical properties of low-carbon bainitic steel during tempering with various holding times at different temperatures. The results of measurements of the hardness of the samples after the produced holiday are given.
Key words: mechanical properties, bainitic steel, tempering, hardening, heat treatment, hardness.
Stakhanova Iana Aleksandrovna, student, tsngs1is@,gmail.com, Russia, Tula, Tula State University,
Kutuzova Anna Vladislavovna, student, tsngs I isa gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,
Gusev Andrei Dmitrievich, student, tsngs1is@,gmail. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 331.45; 621.9
ПОВЫШЕНИЕ И АНАЛИЗ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА В ПРОЦЕССАХ ЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА В МАШИНОСТРОЕНИИ
А.Е. Коряков, А. А. Шишкина, П. А. Шишкина
Рассмотрены и проанализированы основные технические средства для снижения и устранения опасных факторов в заготовительных процессах машиностроения, а именно в обработке металлов давлением. Приведены патенты, увеличивающие безопасность на производстве.
Ключевые слова: заготовительное производство, обработка металлов давлением, литье, безопасность, техника безопасности, машиностроение.
Согласно статистике международной организации труда, каждую секунду в мире получает травму не менее четырех работников [1]. Если рассматривать только обрабатывающее производство, то оно находится в числе первых по количеству травм и несчастных случаев. Их число за 2005 год составило около 29 тысяч, в последствие этот показатель ежегодно снижался, и уже в 2014 составлял 11,8 тысячи (рис. 1). В основном, это произошло за счет модернизации производств, улучшения технических средств безопасности, роботизации, автоматизации и более строгого соблюдения техники безопасности и охраны труда.
40 28,9
о 1 ? 20 ■ 18,7 15'7 13,7 11,8
J Ш 0
J (J у «
i 5 2005 2010 2012 2013 2014
Год
Рис. 1. Число несчастных случаев по годам
Но несмотря на улучшающуюся статистику по травмам и несчастным случаям, вопрос о снижении их количества остается весьма актуальным, в частности в заготовительном производстве в машиностроении.
Основными способами заготовительного производства в машиностроении являются: литье, обработка металлов давлением и сварка. Получаемые в результате полуфабрикаты отправляются на обрабатывающее производство (обработка резанием, химическая, электрохимическая, лазерная, плазменная обработка, термическая обработка) и сборочное производство (сборка, нанесение покрытий, отделка).
В данной статье будет рассматриваться безопасность в процессах обработки металлов давлением.
Обработка металлов давлением основывается на формоизменении заготовки под приложением нагрузки за счёт пластических свойств материала с последующим получением полуфабриката или готовой детали [2]. Нагрузка осуществляется на специальном или оборудовании общего назначения за счет силового воздействия инструмента или различных сред (газовая, жидкостная, магнитное поле) на заготовку. Классификация кузнечно-прессового оборудования приведена на схеме (рис. 2).
Рис. 2. Классификация кузнечно-прессового оборудования
К ковочно-штамповочному оборудованию (КШО) помимо высокой производительности, универсальности, достаточной жесткости станины и механизма, простоты обслуживания и удаления отхода, максимальной стандартизации и унификации предъявляют также требования по технике безопасности.
Во время эксплуатации КШО создаются неблагоприятные и опасные факторы: повышенные температуры (при обработке с нагревом заготовки и инструмента), высокий уровень шума и вибраций, подвижные элементы оборудования, опасность поражения током и др.
С приходов в процессы обработки металлов давлением средств автоматизации и роботизации, число несчастных случаев на производстве сократилось. Однако даже при применении этих средств, производственное оборудование должно соответствовать требованиям безопасности и охране труда в ходе всего срока службы и на всех этапах работы с ним: монтаж, транспортировка, хранение, ремонт, непосредственная эксплуатация по назначению. Оно должно быть взрыво- и пожаробезопасным, не выделять в окружающую среду вредные вещества больше норм, установленных в РФ.
На оборудовании используют технические средства безопасности, которые подразделяются на устройства, снижающие опасные факторы и обеспечивающие устранение опасных факторов [3].
К устройствам, снижающим опасные факторы, относятся защитные кожухи для движущихся частей оборудования, электрической проводки и др., элементы управления (кнопки, педали, рычаги) и различные устройства для защиты опасной зоны: решетки, датчики, рукоотсранители.
Такие технические средства необходимы в оборудовании, из-за высоких скоростей движения рабочего инструмента (для кривошипных и гидравлических прессов составляет до 0,6 м/с, для молотов - до 50 м/с) и высокой технологической сила большинства самых распространённых процессов ковки и штамповки (составляет от нескольких кН до МН). Так рассчитаем технологическую силу листоштамповочной операции пробивки отверстия.
Расчет пробивки в штампе (с углом пересечения режущих кромок пуансона и матрицы равном нулю, при оптимальном зазоре) отверстия (диаметром 100 мм, в квадратной заготовке со стороной 200 мм, толщиной 2 мм, изготовленной из стали 45) будет производиться по формуле [4]:
Рпр = ¿5 <7СД, (1)
где 5 - толщина штампуемого материала, 5 = 2 мм; сгсд - сопротивление сдвигу; Ь - периметр контура вырубки, мм.
<7СД = кав, (2)
где к - коэффициент, к = 0,75; сгв - временное сопротивление разрыву, сгв = 600 МПа [5].
Ь = пБ, (3)
где й - диаметр пробиваемого отверстия, мм.
I = тг х 100 = 314,16 мм;
<7СД = 0,75 х 600 = 450 МПа; Рпр = 314,16 х 2 х 450 = 282744 Н = 283 кН.
Исходя из расчетов по формуле (1) сила пробивки отверстия диаметром 100 мм составляет 283 кН или 2,8 кгс. Пробивку в основном осуществляют на кривошипных механических прессах, что обеспечивает высокую скорость перемещения ползуна, а в совокупности с относительно большой силой и высоким удельным давлением это может вызвать серьезные последствия для жизни и здоровья оператора при несчастном случае. Помимо этого, существует опасность попадания элементов одежды в движущиеся элементы оборудования, соприкосновения человека с эклектической цепью и как следствие поражение током.
Все движущиеся детали оборудования ковочно-штамповочных цехов, элементы гидро- и электросистемы и другие представляющие опасность, и располагающиеся на высоте ниже 2,5 м - закрывают кожухами или защитными сетками. При штамповке или ковке с нагревом, нагревательные устройства должны быть обнесены теплоизолирующими экранами.
Включение рабочих органом оборудования производится с помощью системы управления, которые представляют собой кнопки, педали или рычаги. Все органы управления должны быть защищены от случайного нажатия, многие пресса требуют одновременного нажатия двух кнопок, расположенных на расстоянии более 300 мм
друг от друга, и исключают возможность их нажатия одной рукой. Для обеспечения большей безопасности, на некотором оборудовании установлены элементы, которые блокируют систему управления в определенных случаях. К таким элементам относятся датчики нахождения в рабочей зоне посторонних предметов, ограждающие решетки, размыкающие электрическую цепь.
К устройствам, обеспечивающим устранение опасных факторов, относятся: муфты, тормозы, предохранители от превышения сил или крутящего момента, устройства систем автоматизации, механизации и роботизации. В случае использования средств роботизации и автоматизации, при котором исключается необходимость работы оператора непосредственно в рабочей зоне оборудования (установка заготовки, снятие ее, смазывание и др.) некоторые технические средства безопасности не являются обязательными.
Существует ряд патентов, на изобретения в области обеспечения безопасности и снижения или устранения опасных факторов, некоторые из них будут рассмотрены далее.
Устройство для автоматической остановки пресса в случае попадания в рабочую зону штампа рук рабочего [6]. Основная идея заключается в подвешенной поли-уретановой или резиной штанге на закреплённой на ползуне решетке. Во время нахождения рук оператора в зоне штамповки происходит передача толчка через системы рычагов и коромысел, с последующей блокировкой элементов управления пресса.
Схема для блокировки управления прессом, осуществляемое с двух кнопок [7]. Суть авторского свидетельства заключается в исключении возможности перехода с двухкнопочного управления на управление одной кнопкой.
Помимо вышеизложенных технических средств безопасности, установленных на оборудовании или применяемых в цеху, используются индивидуальные средства безопасности для защиты глаз оператора (очки) и слуха (шумоподавляющие наушники) и спецодежда; обувь должна быть обеспечена металлическими жесткими носами. При горячей обработке металла, например, при ковке или штамповке на КГШП необходима спецодежда для защиты от высоких температур.
Работники всех типов производств должны соблюдать распорядок предприятия и следовать внутренним правилам, не должны употреблять спиртные напитки и находиться в состоянии алкогольного или наркотического опьянения на территории, соблюдать технику противопожарной безопасности, курить в строго отведенных местах.
Применение вышеизложенных мер и средств, требует больших финансовых и временных вложений, но позволит сократить количество травм и несчастных случаев на производстве, что несомненно скажется на условиях труда рабочих и соответственно на дальнейшем увеличении чистой прибыли предприятия.
Список литературы
1. International Labour Organization [Электронный ресурс] URL: https://www.ilo.org/global/lang--en/index.htm (дата обращения: 02.02.2019).
2. Гун Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением (Теория пластичности), Учебник для вузов. М., Металлургия, 1980. 456 с.
3. Ковка и штамповка: справочник. в 4 т. Т. 1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка. 2-е изд., перераб. и доп. / под общ. ред. Е.Н. Семенова. М.: Машиностроение, 2010. 717 с.
4. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. 2-е изд., перераб. и доп. Ленинград: Машиностроение, 1979. 521 с.
5. ГОСТ 1050-2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия. М., 2014. 36 с.
6. А. с. 87513 СССР, МПК B21D 55/00, F16P 3/12. Приспособление для автоматической остановки пресса при попадании рук работающего в опасную зону штампа / Сверк Л. В (СССР). № 408393; заявл. 19.11.1949; опубл. 01.01.1950, Бюл. № 11.
7. А.с. 101411 СССР, МПК B30B 15/28, B21D 55/00. Электрическая схема блокировки двухкнопочного управления прессом / Кондратьев Н.Н, Шур Б.И. № 450588; заявл. 06.05.1953; опубл. 01.01.1955.
Коряков Александр Евгеньевич, канд. техн. наук, доцент, koryakov_ae@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Шишкина Анастасия Андреевна, студентка, shishkina5ap@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Шишкина Полина Андреевна, студентка, shishkina5ap@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет.
INCREASE AND ANALYSIS OF LABOR SAFETY IN THE PROCESSES OF PLANTING IN THE MECHANICAL ENGINEERING
A.E. Koryakov, A.A. Shishkina, P.A. Shishkina
The main technical means for reducing and eliminating the main factors affecting the engineering processes are considered. The patents increase safety in production.
Key words: blank production, metal forming, safety, safety engineering, mechanical engineering.
Koryakov Alexander Evgenevich, candidate of technical science, docent, kor-yakov_ae@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Shishkina Anastasia Andreevna, student, shishkina5ap@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Shishkina Polina Andreevna, student, shishkina5ap@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
