Разработка технологического процесса изготовления поковок.Общие сведения о свободной ковке.

Свободная ковка является одним из видов обработки металлов давлением. Цель свободной ковки - формоизменение исходной заготовки. Заготовки, получаемые ковкой, называются поковками.

При свободной ковке формоизменение заготовки происходит вследствие течения металла в стороны, перпендикулярные движению деформирующего инструмента-бойка. При этом он не создаёт интенсивного сопротивления течению металла, что и отличает свободную ковку от других видов обработки металлов давлением.

При свободной ковке используют универсальные инструменты, с помощью которых, можно получить поковки разнообразных конструкций.

Свободную ковку применяют в единичном и мелкосерийном производстве мелких и средних поковок, а также при изготовлении крупных поковок, которые штамповкой получить нельзя.

Преимущества свободной ковки следующие:

-возможность получать поковки с повышенными механическими
свойствами по сравнению с отливками;

-необходимо небольшое усилие, для изготовления крупнога-баритных поковок (обработка производится обжатием отдельных участков
заготовки, поэтому требуются прессы и молоты небольшой мощности);

-возможность получать крупные поковки массой в согни тонн с
высокими физико-механическими свойствами металла;

-отсутствие дорогостоящей оснастки,
Недостатками свободной ковки являются:

-низкая производительность;

-большие припуски и напуски, которые требуют трудоёмкой механической обработки;

-значительный расход материала.

Основные операции свободной ковки

Технологический процесс свободной ковки включает следующие основные операции: осадку, вытяжку, прошивку, рубку, гибку, закручивание и кузнечную сварку (рис.1).

Осадка - операция, посредством которой уменьшают высоту заготовки за счёт увеличения площади её поперечного сечения. Осадка, осуществляемая на части заготовки, называется высадкой.

Вытяжка (протяжка) - операция, с помощью которой увеличивают длину исходной заготовки за счёт уменьшения площади поперечного сечения.

Прошивка - операция, в результате которой в заготовке получают отверстие (сквозную прошивку) или углубление (глухую пошивку).

Гибка - придание заготовке изогнутойформы по заданному контуру.

Рис.1 Основные операции свободной ковки

Закручивание - поворот одной части заготовки относительно другой под определённым углом вокруг общей оси.

Рубка - деление заготовки на части.

Кузнечная сварка - соединение отдельных частей или концов заготовок в одно целое.Проектирование технологическогопроцесса изготовления поковки

Проектирование технологического процесса изготовления поковки состоит из разработки чертежа поковки и составления технологической карты.

Выбор заготовки. Исходными зато гонками для ковки являются блюмсы и сортовой прокат. Нужную заготовку выбирают по соответствующим справочно-нормативным справочникам.

Проектирование поковки и определение ее веса. Рабочий чертёж поковки делают по чертежу готовой /детали с учётом припусков на механическую обработку, допусков на номинальные размеры поковки (на точность изготовления поковки) и напусков.

Припуск 5 - это предусмотренное превышение размеров поковки против номинальных размеров деталей, обеспечивающее после обработки резанием указанные на чертеже размеры .детали и чистоту её поверхности.

Допуск А - разность между наименьшим и наибольшим предельными размерами поковки.

Напуск-увеличение припуска, упрощающее конфигурацию поковки из-за невозможности или нерентабельности ее изготовления по контуру детали.

Припуски и допуски на поковки из углеродистой и легированной сталей, изготовляемые свободной ковкой на молотах, определяются ГОСТ 7829-70. Расположение припусков, назначаемых на наружные размеры детали, и предельных отклонений от размеров поковки показано на рис. 2.

Pиc. 2.Схема расположения припусков и допусков

На рис. 3 и 4 приведены схемы назначения допусков и напусков на детали типа валов. Значения Δ и δ выбирают из табл. 1

Рис. 3. Схема назначения припусков и допусков

Рис. 4 Схема нанесения напусков на поковки типа валов:

1 - на уступ; 2 - на выемку; 3 - на фланец;

4 - на бурт; 5 - припуск; 6 — контур детали

Кроме того, назначают дополнительные припуски §* на несносность на все диаметры, за исключением основного, по табл. 2.

Основное сечение поковки определяют следующим образом:

1. Если поковка имеет ступени с необрабатываемой поверхностью,
то сечение поковки принимается за основное сечение.

2. Если поковка не имеет ступеней с необрабатываемой
поверхностью, то рассчитывают площади продольных сечений ступеней Д\ Lj
и сравнивают их с площадями продольного сечения выступа с наибольшим диаметром Д'_max L¹. Если Д'_max L' наибольшая, то за основное сечение
принимают сечение с максимальным диаметром; если Д'_mах L¹ наименьшая,
вычисляют разность :

А = S ( Д’_I L_i – Д’_max L’) (1)

и по максимальному значению определяют основное сечение.

В разработку технологического процесса изготовления поковки входят выбор основных, вспомогательных и отделочных операций ковки; установление их последовательности и подбор или конструирование инструмента, необходимого для их выполнения; определение вида, размеров и массы исходной заготовки; подбор ковочного, подъёмно-транспортного и

нагревательного оборудования; установление режима нагрева.

На рис. 5 приведён пример составления технологического процесса изготовления вала ковкой.

Рис. 5. Последовательность изготовления вала ковкой

Примечания:

1. В случае обработки поверхности детали по 4-му и поле с высокому классу точности допускается увеличение соответствующих табличных значений припусков, но не более чем на I мм (на сторону).

2. Припуски и предельные отклонения для прямоугольного сечения детали различаются в зависимости от наибольшего размера сечения.

Определение веса и размера исходной заготовки. Вес заготовки при ковке деталей из слитка определяется по формуле :

Q_исх = Q_пок + Q_пр + Q_дон + Q_уг + Q_обс (2)

где Q_исх - вес исходной заготовки, кг; Q_пок - вес поковки, кг; Q_пр - вес прибыльной части, принимается равным 20-30% от веса слитка, кг; Q_дон - вес донной (нижней) части слитка (3-5% веса слитка), кг; Q_уг - вес на угар'2% за каждый нагрев (первый вынос) и 1,5% за каждый подогрев (последующий вынос) от веса поковки; Q_o6c - вес отхода на обсечки; зависит от формы и размера поковки; в расчётах же приниматьравным от 2 до 10% от веса поковки.

Таблица 1.

Таблица 2.

При использовании в качестве исходной заготовки прокатного металла определение веса исходной заготовки упрощается ввиду отсутствия отходов со стороны прибыльной и донной части слитка. В этом случае формула для определения веса заготовки будет иметьвид :

Q_исх =Q_уг + Q_обс (3)

Вес поковки в общем случае определяется как произведение объёма металла поковки V_пок на удельный вес γ:

Q_исх = V_{пок ∙} γ , (4)

где γ для углеродистых и легированных (конструкционных) сталей принимается 7,8 г/см³.

Вычисление объёма металла в поковках сложной формы производится путём разбивки чертежа поковки на простые участки V₁, V₂, V₃ и т. д. с последующим их суммированием. В случае теоретический вес поковки, подсчитываемый по номинальным (расчётным)размерам, составит

Q_пок = γ (V₁+V,+V₃+...V_n). (5)

Определение поперечного сечения заготовки. При изготовлении поковки необходимо также определить поперечное сечение исходного металла, площадь которого будет, естественно, больше площади поперечного сечения поковки, если поковку получают с помощью вытяжки.

При этом следует учитывать степень уковки, которая выражается отношением :

y=F_нач /F_кон

где F_нач - площадь поперечного сечения заготовки (максимальная);

F_кон - площадь поперечного сечения поковки (максимальная).

Оптимальная уковка обеспечивает наилучшие механические свойства поковки. Для поковок, изготовляемых из слитков углеродистой стали, когда вытяжка производится без осадки, нормальной считается уковка, равная 3; для поковок из слитков легированных сталей уковка принимается раной 2; для поковок, изготавливаемых из проката, уковка берётся равной 1,3-1,8 (с учётом, что заготовка уже получила значительную степень деформации при её прокате). Отсюда площадь поперечного сечения F_HCX исходной заготовки :

F_исх =F_кон ∙У (6)

где F_кон - площадь поперечного сечения поковки (максимальная); У - степень уковки (принимается равной 1,3-1,5).

Длина заготовки определяется по её весу Q_исх и площади сечения F_исх

L= Q_исх/ F_{исх ∙}γ (7)

Резким нагрева кузнечных заготовок. Хорошую пластичность иковкость сталь имеет при температуре 1050-1300'С. Чем меньше в стали углерода и легирующих элементов, тем выше может быть температура нагревания. Для каждой марки стали установлены определённые температурные интервалы ковки (табл. 3)

Таблица 3.

Примечание:

* - содержание легирующих элементов не более 3% ',

** - содержание от 3 до 5%;

*** - содержание легирующих элементов свыше 5%.

Важнейшим показателем режима нагрева является время нагрева заготовки до ковочной температуры. Для определения продолжительности нагрева до температуры 1200'С сложных стальных слитков и заготовок толщиной свыше 100 мм в печи с температурой рабочего пространства 1300°С можно применить следующую формулу:

Ớ =Т∙Д (8)

где Т - время, необходимое для повышения температуры заготовки от 15 до 1200°С и выдержки при этой температуре, ч; Д - диаметр или сторона квадрата (толщина) заготовки, м; К - коэффициент, учитывающий форму нагреваемого металла и способ укладки его на поду печи; для углеродистых и низколегированных сталей К следует принять равным 10, для высоколегированных сталей К=20.

Оборудование для свободной ковки. Машинная ковка осуществляется на ковочных молотах и ковочных гидравлических прессах. Молоты действуют динамически (ударом), прессы развивают статическое усилие. Ковочные молоты характеризуются весом падающих частей в килограммах или тоннах, а прессы - усилием в тоннах.

Порядок выполнения работы

1.Нарисовать эскиз детали в масштабе 1:10(рис. 6) согласно указанному преподавателем номеру варианта (табл.4). 2.Спроектировать поковку:

1) назначить напуск (см. рис. 4) и нарисовать эскиз детали с
напуском;

определить припуски и допуски (см. табл. 1);

вычислить А; по формуле (1);

найти основное сечение;

назначить дополнительные припуски на несоосность (см. табл. 2).
3.Вычислить вес поковки по формуле (2).

4.0пределить вес исходной заготовки.

5.Назначить температурный интервал ковки (см. табл. 3) и определить время нагрева заготовки по формуле (8).

6.Выбрать оборудование.

7.Составить технологический процесс ковки (см. рис. 5). Отчёт по работе должен содержать: общие сведения о ковке; недостатки и преимущества свободной ковки; расчёт припусков; эскиз детали поковки согласно заданию; описание режима нагрева заготовки; оборудование для ковки; технологического процесса изготовления поковки.

Таблица 4.