Для цилиндра

, (4)

где – радиус заготовки, .

При 0,25 “тонкие” заготовки, при 5,0 – “толстые”.

, (5)

где - коэффициент температуропроводности,

; (6)

– средняя теплоемкость в интервале измеряемых температур; - плотность, ; – толщина плоской заготовки, для одиночного расположения цилиндрической заготовки нужно брать (радиус цилиндра), .

Количество тепла, полученное заготовкой за время пятиминутного опыта и за все время нагрева,

, (7)

где – масса заготовки, ; и -средняя теплоемкость заготовки в начале и в конце интервала температур нагрева соответственно, ; - начальная температура нагрева, ; - конечная температура нагрева, .

Средний коэффициент теплопередачи за каждый пятиминутный опыт и за весь период нагрева

, (8)

где - количество тепла, полученного заготовкой, за время пятиминутного опыта (за весь период нагрева); – полная поверхность заготовки, ; - время каждого опыта, ; - средняя температура поверхности заготовки за время опыта, ; - средняя температура печи, .

Температура заготовки в конце нагрева за время опыта может быть определена по следующей зависимости:

, (9)

где -начальная температура заготовки; - коэффициент; - коэффициент, определяемый по графику (см. рисунок); - средний коэффициент теплопередачи; - время всего нагрева, ; – средний коэффициент теплоемкости в рассматриваемом интервале температур; – масса нагреваемой заготовки, .

3. Объект и средства исследования

Образцы: количество – один; форма – цилиндр с отношением , со стороны торца два отверстия для термопар (одно в центре, второе – ближе к поверхности); сталь 40-50.

Нагрев заготовок осуществляется в электрической печи сопротивления. Измерения температуры производится термопарами в центре заготовки, ближе к поверхности заготовки и рабочей камере печи. Импульс от термопар поступает на электронный регулятор ЭРМ-47.

4. Подготовка к работе

Перед началом работы студенты должны пройти инструктаж по технике безопасности эксплуатации приборов и оборудования, на которых будет выполняться лабораторная работа. Инструктаж проводит преподаватель или мастер.

Изучить содержание лабораторной работы, замерить размеры исходных заготовок, взвесить их или рассчитать массу заготовки.

Ознакомиться с принципами измерения температуры у поверхности заготовки в центре ее и в рабочей камере печи. Подготовить таблицы для занесения результатов замера температуры.

Нагреть электрическую печь до температуры , установить состояние устойчивого теплового равновесия (устойчивый режим).

5. Программа работ

5.1. Установить заготовки в печь так, чтобы отверстие в дверце печи совпадало с направлением отверстий в заготовке под термопары, которые вставляют с небольшим прижимом спая с заготовкой.

5.2. Отметить время начала нагрева. Определить по направлению компенсационных проводов, на каком контакте подключена термопара № 2 для измерения температуры у поверхности и термопара № 3 для измерения температуры в центре заготовки (термопара № 1 замеряет температуру в рабочем пространстве печи).

5.3. Проводить наблюдение за температурой нагрева по показаниям гальванометра электронного регулятора, для чего через каждые 5 мин переключателем термопар поочередно подключить к гальванометру термопары № 2 и 3. Результаты заносить в таблицу 1. Затем переключатель перевести в исходное положение, подключив термопару № 1.

5.4. По окончании наблюдения (заготовки нагреваются до температуры ниже на температуры в рабочей камере печи, количество замеров не менее 6-7) извлечь заготовку из печи, извлечь термопары, заготовку охладить.

5.5. Рассчитать средний коэффициент теплопередачи за каждый пятиминутный опыт и за весь отрезок времени нагрева. Рассчитать средние температуры за каждый отрезок времени опыта.

Результаты расчетов занести в таблицу 2.

Таблица № 1

Экспериментальные данные

№ опыта	Время с начала эксперимента, мин	Средняя температура в камере печи,	Температура у поверхности заготовки,	Температура в центре заготовки,	Примечание
0	0		20	20
1	0…5
2	5…10
3	10…15
4	15…20
5	20…25
6	25…30
7	30…35

Таблица 2

Расчетные данные

№ опыта	Длительность, мин	Средняя температура в камере печи,	Средняя температура поверхности,	Средняя температура в центре заготовки,	Средний коэффициент теплопереда-чи за опыт
1	5
2	5
…	…
6	5

5.6. Построить график изменения температуры заготовки, а также коэффициента теплопередачи во времени.

5.7. Рассчитать величину критерия БИО, определить “толстой” или “тонкой” является данная заготовка.

5.8. Рассчитать температуру заготовок в конце нагрева по аналитической зависимости (9).

6. Анализ полученных результатов

Сделать вывод о характере изменения температуры заготовки в центре и на поверхности, а также коэффициента теплопередачи во времени в процессе нагрева заготовки.

7. Оформление лабораторной работы

Оформление лабораторной работы произвести в соответствии с общепринятыми положениями на кафедре и указаниями преподавателя.

Контрольные вопросы

1. Виды теплопередачи в рабочей камере?

2. Что характеризует критерий БИО?

3. Что такое коэффициент теплопередачи?

4. Как осуществляется замер температуры заготовки?

5. Объяснить характер кривых на графике изменения температуры заготовки, а также изменения коэффициента  во времени.

Библиографический список

1. Косенков М.А. Нагревательные устройства кузнечного производства. – М.: Машгиз, 1962. – 472 с.

2. Ковка и штамповка. Справочник: в 4 т./ Под ред. Е.И. Семенова. – М.: Машиностроение, 1989. – Т.1 – 567 с.; 1986. – Т.2. – 592 с.

3. Расчет и выбор пламенных печей для нагрева заготовок под объемную штамповку: Метод. Указания по выполнению курсового и дипломного проектирования (для студентов очного, заочного и вечернего обучения)/ Составил И.А. Гусев; ТулГТУ, Тула 1993. – 60 с.