2.4 Определение силы деформирования и выбор кузнечного оборудования

Силы протяжки слитка Р в комбинированных бойках с величиной обжатия за один ход пресса рассчитывается по формуле:

Р = σ[1+(2μ∆H/3D’₀]*2√D₀∆H-∆H²l,

где σ – сопротивление деформированию, определяемое выражением

σ = k_σ*σ_т,

где σ_т – напряжение текучести: для стали 30: при t⁰ = 1200⁰ - σ_т = 6,0 МПа,

при t⁰ = 800⁰ - σ_т = 24 МПа,k_σ – коэффициент напряженного состояния, зависящий от степени деформации ε_h (ε_h=0,26) и скорости радиальной деформации ε = ε_h/t_д = 0,26/1 = 0,26, где t_д – время одного обжатия при протяжке (при ковке на прессах t_д = 1 с);

μ – коэффициент контактного трения (при высоких температурах ковки μ = 0,3÷0,5);

l = 190 мм – величина абсолютной подачи;

D – диаметр заготовки перед обжатием в начале текущей протяжке;

D₀ = 382 мм – исходный диаметр (биллетированной) заготовки;

D пок = 180 мм – размер протянутой заготовки (согласно расчетов) перед последним обжатием.

Величина силы протяжки в начале процесса равна:

Р = 37,5[1+(2*0,4*190)/(3*382)]*2√382*100-100²*190*10^-6 = 19,81 МН,

где σ = k_σ*σ_т, = 6,25*6,0 = 37,5 МПа

В процессе ковки на последнем переходе сила протяжки имеет значение:

Р = 150[1+(2*0,4*190)/(3*180)]*2√180*100-100²*190*10^-6 = 51,58 МН.

где σ = k_σ*σ_т, = 6,25*24,0 = 150 МПа

Реализация разработанного технологического процесса, при соблюдение требований техники безопасности, требует применения гидравлического ковочного пресса силой 1250 МН.

2.5 Подбор ковочного инструмента и средств механизации

Ковочный инструмент подразделяется на тир группы: основной деформирующий, вспомогательный и специальный.

Номенклатура инструмента определяется видом и количеством технологических операций ковки.

заготовительные операции: оттяжка (хвостовика) цапфы слитка под клещи манипулятора и биллетировка.

Вспомогательные: рубка донной части (поддона).

Основные операции: многопереходная протяжка в комбинированных бойках по схеме круг-пластина-квадрат-круг.

Вспомогательные: рубка хвостовика слитка (цапфы).

З авершающие и отделочные операции: правка и технический контроль.

Для поковок гребного вала, в соответствие с последовательностью операций, применяется инструмент, номенклатура которого приведена в таблице 4

Т аблица 4 – Номенклатура инструмента, используемого при изготовление поковки гребного вала

№ п/п	Вид операции	Вид инструмента
		деформирующий	вспомогательный	специальный
1	Оттяжка цапфы	Бойки плоские
2	Биллетировка		Бойки комбинированные
3	Рубка		Отрезной боек
4	Протяжка	Бойки комбинированные
5	Рубка		Отрезной боек
6	Правка	Бойки плоские

Плоские бойки (рис. 4) предназначены для получения в поковке при протяжке квадратного сечения, а также круглого сечения через промежуточную пластину или квадрат.

Рисунок 4 – Эскиз плоского бойка

Ширина бойков а имеет значение

а>(0,4÷0,5)D_max,

где D_max – максимальный диаметр обкатанного или осаженного слитка, при ковке с относительной подачей v_i = 0.5÷0.7 под бойки на каждом обжиме.

Т огда, с учетом, что максимальный диаметр заготовки при ковке в данной технологии составляет D^max_заг = 460 мм, ширина бойка имеет значение а>225 мм. Согласно нормализованного ряда размеров инструмента выбираем а = 400 мм. В зависимости от силы выбранного пресса и рассчитанной ширины бойков а принимаем длину бойков b = 900 мм.

Радиус округления рабочей кромки бойков R принимается в зависимости от максимально допустимого обжатия ∆Н_max по выражению:

R = >0.3∆Н_max/

Тогда R = 30 мм. Размеры бойков приведены в таблице 5.

Таблица 5 – Размеры плоских бойков

Сила пресса, МН	Размеры бойков, мм
	Ширина а	Длина b	Радиус округления рабочей кромки R
1250	400	900	15

Комбинированные бойки (рис.5) обеспечивают повышения схемы всестороннего сжатия по сравнению с плоскими бойками. Как правило, верхний боек плоский, нижний вырезной. Глубина выреза характеризуется следующими геометрическими размерами: глубиной выреза h_вр, углом развала φ, шириной В, радиусом закругления рабочей кромки R, радиусом закругления выреза R₁. Ширину бойков выбирают из условия обеспечения в начале протяжки величины относительной подачи v_i = 0.5÷0.7.

Рисунок 5 – Эскиз нижнего вырезного ромбического бойка в комбинации с верхним плоским бойком: 1 – верхний плоский боек; 2 – нижний вырезной боек.

Ш ирина бойков а имеет значение

В>D^max_заг(cosφ/2÷0,1),

где D^max_заг – максимальный диаметр заготовки при ковке в данной технологии, мм;

φ – угол развала.

Для данного типа бойков для обычных углеродистых сталей применяют углы φ: 110⁰, 120⁰ и 135⁰. Принимаем угол развала φ = 120⁰.

Тогда В>460(cos120/2+0.1) = 276 мм. Принимаем ширину бойка В = 300 мм.

Глубина выреза нижнего бойка определяется выражением:

h_вр = (D^max_заг * соsφ/2)/(2tgφ/2).

Тогда h_вр = (423* соs120/2)/(2tg120/2) = 66,39. Принимаем h_вр =70 мм.

Радиус закругления выреза R₁ определяется выражением:

0<R₁<R_п,

где R_п – радиус поковки, R_п = 100 мм.

Конструкция плоских и вырезных бойков с элементами их крепления на столе и траверсе пресса приведена на рис.6.

Рисунок 6 – Конструкции бойков с элементами крепления:а – плоских, б – вырезных.

О трезные бойки (рис. 7) обеспечивают рубку донной части и цапфы, при этом в данных операциях они заменяют топоры. Это возможно, если в оборудовании (ковочном гидравлическом прессе) смонтированы подвижные поперечные инструментальные столы. Рубка отдельных частей поковки производится нажатием верхнего плоского бойка на заготовку, положенную на отрезной боек. После рубки, примерно на две трети толщины поковки, последняя кантуется на 180⁰ и производится окончательная рубка.

Рисунок 7 – Эскиз отрезного бойка

Все технологические операции требуют как перемещения заготовки в горизонтальной плоскости, так и вращения (кантовки) ее вокруг своей продольной оси. В кузнечном производстве выполнение указанных движений поковки массой > 200 кг требует применение средств механизации: манипулятора, кантователя (патрона) или средств ручной зацепки заготовки или слитка с перемещением и вращением ее с помощью мостового или ковочного кранов.

Данная технология ориентировалась на применение манипулятора грузоподъемностью 5 т, имеющего движение тележки в горизонтальной плоскости по двум взаимно перпендикулярным направлениям и вращение захватывающей руки вокруг вертикальной и горизонтальной осей.