Разработка технологии получения заготовки свободой ковкой.

Порядок выполнения работы:

1. Назначить по ГОСТ 7062-90 припуски, допуски и напуски.

2. Вычертить эскиз поковки.

3. Определить массу поковки.

4. Определить массу заготовки (слитка или проката).

5. Выбрать тип и размеры кузнечного слитка (если исходной заготовкой является слиток).

6. Составить график нагрева заготовки и охлаждения поковки, рассчитать продолжительность нагрева, выбрать режим охлаждение.

7. Определить и изобразить основные, вспомогательные и отделочные операции для получения заданной поковки, последовательность их выполнения.

8. Составить отчет по лабораторной работе, в который включить все ранее перечисленные пункты.

 

4.1. Назначение припусков, допусков и напусков.

Поковкой называется кованная заготовка преимущественно простой конфигурации, полученная свободной ковкой на молоте или прессе.

Поковка отличается от готовой детали большими размерами, менее жесткими допусками на размеры, наличием напусков в тех случаях, когда заданную конфигурацию после назначения припусков выполнить на имеющемся ковочном оборудовании и с помощью стандартных инструментов и приспособлений невозможно или экономически нецелесообразно.

Припуском δ называется предусмотренное ГОСТ превышение размеров поковок по сравнению с номинальными размерами готовой детали или ободранной заготовки, обеспечивающее после обработки резанием требуемые конфигурацию, размеры и качество поверхности. Ободранная заготовка - это заготовка, подвергнутая в процессе изготовления предварительной механической обработке.

Допуск ± ∆/2 - это разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами годной поковки или детали.

Напуском называется увеличение припуска (сверх выбранного по ГОСТ) с целью упрощения конфигурации поковки из-за невозможности или нерентабельности ее изготовления по контуру готовой детали.

Для ступенчатых валов различают основной δ и дополнительный δ ' припуски. Дополнительный припуск прибавляется на диаметры ступеней поковки к основному для компенсации возможного их смещения относительно друг друга при изготовлении валов сложной конфигурации. Дополнительный припуск назначается на все диаметры поковки, кроме основного. В качестве основного диаметра обычно принимают наибольший, или ступень с необрабатываемой поверхностью.

Припуски и допуски следует назначать, используя выдержки из ГОСТ, представленные в таблицах 2.1 и 2.2. Если необходимо, то сверх припусков назначить напуски.

Припуски и допуски на длины определяются следующим образом. На обрубаемые ступени припуск на длину (на сторону обработки) принимается равным 1,5 припускам на диаметр рассматриваемой ступени. На остальные ступени припуск на длину на сторону обработки принимается равным 0,75 от припуска на рассматриваемый диаметр. Отклонение на длину принимается равным трем отклонениям на диаметр.

 

Длина	Диаметр детали D (или размер сечения В и Н)
ДО	50-	70-	90-	120-	160-	200-	250-	300-
детали, L, мм
Припуск 5 на диаметр и предельные отклонения ±Д/2
До 250	5±2	6±2	7±2	8±3	9±3	-	-	-	-
250-500	6±2	1±2	8±3	9±3	10±3	п±з	12±4	13±4	14±5
500-800	7±2	8±3	9±3	10±3	11±3	12±4	13±4	14±5	15±5
800-1200	8±3	9±3	10±3	11±3	12±4	13±4	14±5	15±5	16±6
1200-1700	-	10±3	11=1=3	12±4	13±4	(14	15±5	16±6	!7±6
1700-2300	-	11±3	12±	13±4	14±5	Г5±5	16^6	Ц±6	18±6
2300-3000	-	-	13±	14±5	15±5	16±6	17±6	18±6	19±7
3000-4000	-	-	-	15±5	16±6	17±6	18±6	19±7	20±7
4000-5000	-	-	-	16±6	17±6	18±6	19±7	20±7	21±8
5000-6000	-	-	-	-	18±6	19±7	20±7	21±8	22±8

Таблица 2.1

Припуски на механическую обработку и предельные отклонения размеров поковок, мм

 

Таблица 2.2

Дополнительный припуск δ ', мм

Разность диаметров (размеров) наибольшего и рассматриваемого сечений	До 40	40- 80	80- 100	100- 120	120- 140	140- 160	160- 180	Св. 180
Дополнительный припуск

 

 

 

Рис. 2 – Эскиз детали с основными (1), дополнительными (2) допусками и напусками (3)

 

После разработки эскиза поковки определяется объем и масса поковки. Воспользуемся ранее изученной программой КОМПАС – 3D. Спроектируем поковку по заданным размерам, в свойствах поковки укажем выбранную марку стали 12ХН3А и в параметрах МЦХ получим массу и объем поковки. Объем поковки:

 

Окончательная масса поковки (с учетом массы галтелей, скосов, допусков):

 

 

2.2. Определение массы и размеров исходной заготовки.

Исходной заготовкой при ковке средних и крупных поковок на прессах являются кузнечные слитки. Слитки подразделяются по назначению на кузнечные, прокатные и специальные, по конструкции - на сплошные и полые, по конфигурации - на укороченные, нормальные и удлиненные, по форме поперечного сечения - на круглые, квадратные, прямоугольные, восьмигранные и многогранные (12 граней и более).

У укороченного слитка соотношение высоты тела слитка H его среднему диаметру D равно 0,8-1,2. У нормальных слитков H/D = 1,2-2,5. У удлиненных слитков H/D = 3,3-6,6.

Наибольшее распространение в кузнечно-прессовых цехах получили нормальные и удлиненные слитки с восьмигранным поперечным сечением. Масса таких слитков колеблется от 1,0 до 350 т. Сортамент и характеристики обычных и удлиненных слитков приведены в таблицах 2.3 и 2.4.

Слиток состоит из трех основных частей. Масса донной части обозначается М_дон, масса тела слитка М_т, масса прибыльной части М_пр. Для нормальных слитков M_дон = 5-7% и М_пр =20-25% от массы всего слитка, для удлиненных слитков M_дон=2-3% и
M_пр =10-12%.

Масса слитка, необходимого для изготовления поковки:

где М_уг, - масса металла на угар (окалину) при нагреве; М_отх –масса технологических отходов.

Отход металла на угар при нагреве слитков и заготовок в печах, работающих на жидком и газообразном топливе, составляет примерно 2% от массы поковки за первый нагрев (вынос) и 1,5% - за каждый последующий нагрев, т.е.

Где m - число подогревов в соответствии с выбранным технологическим процессом.

В технологические отходы входят концевые обрубки (излишки металла, отрубаемые от концевых ступеней поковки), обсечки, получаемые при разрубке заготовок, выдра (металл, удаляемый
из заготовки при образовании в ней отверстия) и т.д. Масса технологических отходов зависит от конфигурации и размеров поковки, формы и размеров слитка и других факторов и определяется индивидуально для каждого технологического процесса.

Обычно масса обсечек М_об составляет 0 - 5%, масса выдры М_в =8 - 12% При ковке сплошных поковок масса выдры равна нулю, и в массу отходов входит только масса обсечек, которую определяют по специальным номограммам.

Зная, что масса тела слитка , выбираем по таблицам 2.3 и 2.4

При выборе кузнечного слитка следует сначала попытаться подобрать удлиненный слиток, так как он имеет меньше отходов в виде прибыльной и донной части, а значит у него больше «выход
годного».

Если для изготовления поковки не нашлось подходящего слитка, то необходимо из одного слитка ковать несколько поковок. Для этого количество поковок увеличивают до тех пор, пока не удастся подобрать оптимальный по массе слиток.

После выбора кузнечного слитка необходима его проверка по величине укова:

где F _нач - площадь поперечного сечения до протяжки, при ковке из слитка - среднее его сечение; F _кон - площадь поперечного сечения после протяжки; D _ср - средний диаметр тела слитка; d – диаметр поковки.

Выбираю обычный кузнечный слиток ПИ6-7 проверим его по величине укова.

Величина укова во многом зависит от структурного строения стали: для углеродистых, низко- и среднелегированных конструкционных и инструментальных сталей к = 2 (меньшее значение коэффициента принимают для удлиненных слитков); для высоколегированных и специальных сталей и сплавов - значение к > 3.

Составим баланс металла кузнечного слитка:

Таблица 3 – Баланс металла кузнечного слитка

	Масса, кг	Масса, %
Прибыльная часть		14,0
Донная часть		2,5
Угар		4,8
Технологические отходы		3,0
Годный остаток		1,8
Поковка		73,9
Слиток

 

2.3. Режим нагрева и охлаждения

Для нагрева слитков и заготовок перед ковкой служат кузнечные мазутные или газовые печи, которые по способу нагрева подразделяются на камерные и методические.

Методические печи имеют переменную по зонам нагрева температуру (две и более зон) и обеспечивают качественный нагрев. Однако такие печи применяются только для нагрева заготовок из проката или мелких кузнечных и прокатных слитков.

Наибольшее распространение в кузнечнопрессовых цехах при изготовлении средних и крупных поковок получили камерные печи со стационарным и подвижным подом. Камерные печи имеют постоянную температуру рабочего пространства, но отличаются значительной неравномерностью ее распределения. Большим недостатком камерных печей (несмотря на простоту их конструкции) являются огромные потери тепла, возникающие при открывании крышки для посадки или выгрузки слитков или заготовок. Особо большие потери тепла происходят при выкатывании подины в печах с выдвижным подом.

График горячей обработки слитка дом момента получения заданной по чертежу поковки состоит из нескольких этапов (рисунок 4): 1 - нагрев заготовки до критической температуры; 2 - выдержка; 3 - нагрев до температуры ковки с максимально возможной скоростью; 4 - выдержка; 5 - ковка; 6 - охлаждение поковки.

Если поковка куется за несколько нагревов (выносов), то этапы 3, 4 и 5 повторяются на графике соответствующее количество раз.

Критическая температура t_k - это температура структурных превращений в стали A_c1.

Ковочная температура t_k - это температура нагрева слитка (или заготовки) перед ковкой. Превышение t_K может привести к перегреву, сопровождающемуся ростом зерен. Это брак, исправляемый термической обработкой. Нагрев до более высокой температуры может привести к окончательному браку, называемому пережогом (оплавление границ зерен).

Температура t'_K - это температура окончания ковки. Ниже этой температуры металл плохо деформируется, так как его пластические характеристики снижаются. Ковка при температуре ниже t'_K сопровождается упрочнением (наклепом) и появлением трещин.

Величины температур и t'_K зависят от химического состава обрабатываемой стали. Температурный интервал ковки выбирают по таблице 2.5.

При нагреве до ковочной температуры особое внимание следует обратить на два основных периода (рис. 2.5).

I - нагрев до t_кр который осуществляется с минимальной скоростью из за низкой теплопроводности и малой пластичности холодной стали. Большая скорость нагрева может привести к трещинам в теле слитка (внутри заготовки).

II - нагрев до, который производится с максимально возможной для данного нагревательного устройства скоростью.

Общее время нагрева (до t_K) складывается из времени нагрева первого г, и второго г₂ периодов. Для углеродистых и низколегированных сталей , где D наименьший диаметр или меньшая сторона сечения слитка или заготовки, м. Для средне- и высоколегированных сталей , т.е. .

Продолжительность выдержек при критической и ковочной темперагурах принимают в пределах г, +г₂ в зависимости от нагреваемой стали. Наличие выдержек при температурах t_v и t_K вызвано необходимостью выравнивания разности температур по сечению слитка или заготовки. Эта разница температур всегда возникает при нагреве стали из-за ее ограниченной теплопроводности. Чем больше сечение нагреваемой заготовки, тем продолжительнее должна быть выдержка.

Важное значение для получения высококачественных поковок имеет правильный выбор режима их охлаждения. Чрезвычайно высокие термические напряжения, возникающие в поковке при неправильном охлаждении, могут привести к появлению трещин.

В зависимости от химического состава стали и размеров сечения, поковки охлаждаются на воздухе, в колодцах, в колодцах с подогревом и в термических печах.

 

 

возникающие в поковке при неправильном охлаждении, могут привести к появлению трещин.