2.6 Определение термического режима ковки

Термический режим ковки включает совокупность параметров: режим нагрева исходной заготовки; способ и режим охлаждения поковки; способ контроля за параметрами нагрева и охлаждения.

Режим нагрева исходной заготовки

Режим нагрева исходной заготовки включает определение интервала ковочных температур и скорости (времени) нагрева исходной заготовки до температур деформирования металла.

Д ля определения интервала ковочных температур воспользуемся диаграммой «железо-углерод» Fe-C (рис. 8). Температура верхнего предела t_в.п., обозначенная кривой 2, должна находится ниже линии солидуса ts и иметь значение t_в.п = t_s-(180÷200⁰C), обеспечивая отсутствие потери пластичности, пережога и перегрева металла. Величина нижнего предела t_н.п в основном определяется возможностью деформации металла в двухфазной зоне. Два доэвтектоидных сталей (содержание углерода С<0,83%) нижний предел t_н.п находится в однофазной аустенитной области выше линии А_R3. Для крупных поковок t_н.п = t_AR3 + (50÷100⁰C), что соответствует кривой абг (рис. 8). На основание выше приведенных данных для стали 35 интервал ковочных температур составляет 1200÷800⁰С, что соответствует рекомендуемым режимам нагрева, приведенным в литературных источниках.

Рисунок 8 – Температурный интервал ковки и горячей штамповки поковок из углеродистой стали: 1 – верхний предел при форсированном нагреве; 2 – то же при обычном нагреве слитков; 3 – то же для прутков и болванок; а, б, г – нижний предел.

Скорость (время) нагрева исходной заготовки

Нагрев слитков до температуры ковки производится, как правило, в одной печи. Допускается делать предварительный нагрев до температуры 650⁰С в одной печи с пересадкой в другую печь, для окончательного нагрева слитка считается температура поверхности слитка замеренная при прикрытых горелках. Нагрев слитков под ковку должен быть равномерным. При нагреве не допускается попадание острого факела пламени на металл и местный нагрев металла.

Время общего нагрева холодных слитков t (час), включая выдержку до ковочных температур, наиболее удобно определять по формуле И.И. Доброхотова:

t = mRD√D,

где m – коэффициент, учитывающий способ укладки заготовки по поду печи, m = 1÷4;

R – коэффициент, учитывающий содержание углерода и легированных элементов в стали; для углеродистых сталей R = 10;

D – размер поперечного сечения (диаметр) нагреваемой заготовки, м.

Тогда t = mRD√D = 1.2*10*0.43√0.43 = 3.38 ч = 4 ч.

Расчнт числа одновременно нагреваемых слитков n при согласованной работе печи и кузнечного оборудования определяется выражением:

n = tN/60,

где t – время нагрева слитков, мин;

N – производительность пресса по выпуску поковок (шт./ч), N = 3600/t_шт;

t_шт – время на изготовление одной поковки (с), t_шт = (t₀+t_в)k,

где k – коэффициент, учитывающий личные потребности рабочих, k = 1.5;

t₀ = 60/n_к – основное время на производство одной поковки, (с); n_к – число ходов пресса (мин^-1); t_в – вспомогательное время на производство одной поковки,

t_в = (250÷300)t₀.

Результаты подсчетов:

t₀ = 60/n_к = 60/32 = 1,9 с;

t_в = 275*1,9 = 522,5 с;

t_шт = (t₀+t_в)k = (1,9+522,5)1,5 = 786,6 с;

N = 3600/t_шт = 3600/786.6 = 4.6 = 5 шт/ч;

n = tN/60 = 120*5/60 = 10 шт.

С пособ и режим охлаждение поковки

Способ охлаждения поковок назначается, в зависимости от марки стали и сечения поковок. Поковки из углеродистых сталей с содержанием углерода не более 0,6% охлаждаются на воздухе или в колодцах. Поковки укладываются на площадку для складирования таким образом, чтобы избежать коробления, при этом не разрешается их укладывать на сырую землю и в условиях сквозняка.

Минимальное время охлаждения Т₀ определяется по формуле:

Т₀ = 0,003∆Т*D₀,

где ∆Т – среднее падение температуры по сечению поковки, ⁰С;

D₀ – размер поперечного сечения (диаметр) поковки, мм.

Т ₀ = 0,003*51*163 = 24,93 ч.

Способ контроля за параметрами нагрева и охлаждения

Температура в печи поднимается согласно многоступенчатого рабочего графика. Контроль за температурой нагреваемого слитка осуществляется с помощью оптического пирометра, при этом замеры производятся через каждый час нагрева. Температурный интервал ковки отмечается временем и температурой ее начала и конца, что заносится в журнале (в частности отделочные операции с малыми обжатиями разрешается проводить при температурах до 700⁰С).