3. Производство заготовок ковкой

Общая характеристика кузнечно-штамповочного производства

Основные операции в кузнечно-штамповочном производстве подразделяют на три группы: заготовительные, собственно ковоч­ные и штамповочные, завершающие и отделочные операции. К за­готовительным относятся подготовка слитков или пруткового ма­териала к ковке или штамповке, разделка его на штучные заго­товки и нагрев. К ковочным, и штамповочным относятся все опера­ции, ведущие к существенному изменению формы обрабатываемого слитка или заготовки: операции ковки и объемной штамповки, вы­полняемые на молотах и прессовом оборудовании; вальцовка, накатка и другие операции, осуществляемые на специализированном оборудовании (например, на ковочных вальцах). К завершающим относятся операции обрезки заусенца, образующегося у поковок при некоторых способах штамповки, прошивки и пробивки отвер­стий в штампованных поковках, термической обработки поковок. К отделочным операциям относятся правка и калибровка поковок, очистка их от окалины.

Для ковки используют прокат только простейших профилей после разделки его на заготовки небольших и средних размеров. Для штамповки используют все виды проката разнообразных профилей нормальной и повышенной точности, а также калиброванный металл. Штамповка литых заготовок находит ограниченное применение.

Особенности получения заготовок ковкой

При ковке используют универсальные инструменты и оборудование возвратно-поступательного периодического действия. Про­цесс ковки состоит из ряда последовательно чередующихся са­мостоятельных операций, в общем случае сопровождающихся про­дольными перемещениями и поворотами заготовки вокруг оси. Разнообразные и многочисленные операции ковки позволяют полу­чать поковки различных простых и сложных форм. Только ковкой изготовляют крупные заготовки для роторов и дисков турбин, кот­лов высокого давления, орудийных стволов, колонн гидравлических прессов, валков блюмингов и других крупногабаритных ответст­венных деталей.

В единичном и мелкосерийном производстве рационально изго­товление ковкой мелких (массой 0,2–20 кг) и средних (массой 20–350 кг) поковок.

Процесс ковки состоит из нескольких этапов: нагрева металла; выполнения кузнечных операций (как правило, на одном прессе или молоте); первичной термической обработки поковки (отжиг, нормализация и т. п.). Сложные поковки требуют увеличенного числа операций, среди которых одноименные могут повторяться два и более раз. Полуфабрикат поковки поступает в печь на допол­нительный подогрев (один или более раз, в зависимости от слож­ности поковки).

Ковку выполняют на, ковочных молотах и гидравлических прес­сах. Фасонные поковки массой свыше 100 кг и простые поковки массой свыше 750 кг предпочтительно изготавливать на гидравли­ческих прессах.

Параметр шероховатости поверхности поковок составляет R_z = 320–80 мкм, а при использовании подкладных штампов – R_z = 80–40 мкм. Коэффициент весовой точности поковок не пре­вышает 0,3–0,4, что вызывает большой объем механической обра­ботки. Поэтому в условиях мелкосерийного производства рекомен­дуется применять несложные подкладные штампы, групповую или секционную штамповку.

При партиях поковок одного наименования более 30–50 штук применяют открытые или закрытые подкладные штампы (рис. 3.6). Это позволяет получать поковки относительно сложной фор­мы без напусков с припусками и допусками на 15–20 % меньше, чем при ковке универсальным инструментом. Подкладные штампы применяют для получения поковок массой до 150 кг, по преимуще­ственно до 10–15 кг.

Рис. 3.6. Поковки, получаемые обычной ковкой (а) и на подкладных штампах (б)

Проектирование кованой заготовки

Исходный документ для разработки чертежа поковки – чер­теж готовой детали.

Поковкам придают простую форму, ограниченную плоскими или цилиндрическими поверхностями. Нежелательны конические и клиновые формы поковок, пересечение нескольких цилиндричес­ких элементов и призматических с цилиндрическими. Односторон­ние выступы предпочтительнее двусторонних. Нельзя выполнять ковкой ребра жесткости и платики. Заготовки со значительной разницей поперечных сечений, а также сложной формы целесооб­разно выполнять сварными из нескольких поковок или из поковок и отливок.

Стремясь максимально приблизить конфигурацию поковки к конфигурации детали, необходимо оценить возможность изготовле­ния ковкой уступов и выемок. Ковка коротких уступов с неболь­шой высотой выступа экономически нецелесообразна. При отсутст­вии специального инструмента выемки выполняются в том случае, если их длина равна или больше ширины бойков. Если размеры или выемки малы, на эти участки поковки назначаются напуски (рис. 3.7). Для небольшого числа поковок изготовление специального инструмента часто обходится дороже, чем потери метал­ла на напуски и на увеличение объема механической обра­ботки.

Рис. 3.7. Схема нанесения напусков на поковку типа вала:

1 – на уступ; 2 – на выемку; 3 – на фланец; 4 – на бурт; 5 – припуск

Припуск и допуск зависят от конфигурации поковки, ее разме­ров, материала и способа изготовления. Для поковок из углеродис­той и легированной сталей круглого или квадратного сечения с уступами и выемками, изготовляемых ковкой на молотах, согласно ГОСТ 7829-70 сначала назначают основные припуски и предельные отклонения на диаметры, общую длину и размеры от базового сечения до соответствующих выступов, уступов и впадин. За базовое сечение принимают торец участка с наибольшим диа­метром, не являющийся торцом поковки.

Затем для компенсации несоосности ступеней на диаметры всех сечений, кроме основного, назначают дополнительный припуск в зависимости от разностей диаметров основного и рассматриваемого сечения детали.

При оформлении чертежа поковки руководствуются ГОСТ 7829-70 и ГОСТ 7062-79. Чертеж поковки, как правило, выполняется в том же масштабе, что и чертеж детали. При этом контур детали нано­сится тонкой штрихпунктирной линией с двумя точками. После оценки возможности изготовления уступов и выемок наносят напус­ки на соответствующие поверхности. Установив припуски, опреде­ляют номинальные размеры поковки. Размеры проставляются с указанием предельных отклонений (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Пример оформления чертежа поковки, полученное ковкой на прессе

На чертеже всегда проставляется общая длина поковки. В по­ковках типа вала длину элемента, который куют последним (элемент диаметром (380±9) мм на рис. 3.8), не проставляют, а определяют расчетным путем. Размеры поковок типа вала с усту­пами проставляют от базового сечения (правый торец участка диа­метром (740±11) мм).

Выше размерной линии указываются размеры, относящиеся к поковке. Под размерами поковки в круглых скобках допускается указывать размеры готовой детали или заготовки после обдирки. В этом случае предельные отклонения указываются только для размеров поковки.

В технических условиях чертежа оговариваются следующие сведения: допустимые отклонения формы и размеров поковки, не указанные на чертеже; виды, размеры и количество допускаемых дефектов; вид термообработки; твердость заготовки, способ и место ее замера; место и условия отбора технологических проб; требова­ния к микро- и макроструктуре поковки.

Выбор технологического оборудования для ковки

Типоразмер необходимого ковочного оборудования определяют по размерам заготовки и схеме операций ковки. При этом ориен­тируются на наиболее тяжелую операцию данного технологического процесса.

Массу падающих частей G, кг, определяют по формуле

,

где – давление прессования, МПа; V – объем дефор­мируемого металла, м³, – степень деформации за последний удар (колеблется от 0,025 для крупных до 0,06 для мелких поковок).

Давление прессования находят в зависимости от операции ков­ки по формулам:

Прессованные профили 4

Таблица 3.3. Данные к определению усилия прессования при ковке на прессах 13

13

Дефекты кованых заготовок 13

Оформление чертежа штампованной заготовки 24

Пример проектирования штампованной заготовки 25

Оборудование для холодной штамповки 41

где (σ_т – предел текучести металла при температуре деформации, МПа; D –средний диаметр заготовки после деформации, мм; Н – высота заготовки после деформации, мм; L – подача при про­тяжке, мм; ν – коэффициент, учитывающий форму бойков (для плоских бойков ν = 1, для вырезных ν =1,25); d – диаметр прошив­ки, мм; h – толщина отхода, мм.

Необходимое для ковки усилие пресса, МН,

,

где

4*

– масштабный коэффициент (колеблется от 1,0 для малых поковок до 0,5–0,4 для поковок массой 100–200 т); F – площадь поперечного сечения заготовки в зоне деформации, м².

Ориентировочно массу падающих частей молотов и необходимое усилие прессования можно определить с помощью табл. 3.2 и 3.3.

Таблица 3.2. Данные для выбора массы падающих частей молота

Таблица 3.3. Данные к определению усилия прессования при ковке на прессах

Дефекты кованых заготовок

Дефекты, возникающие при ковке, могут иметь различные при­чины. С исходным металлом связаны такие дефекты, как несоот­ветствие химического состава, размеров и формы исходной заготов­ки, риски, волосовины, закаты, плены, трещины и др. Заусенцы, волосовины, трещины, закаты и другое удаляют заточкой или вы­рубкой.

Вследствие ошибок при нагреве заготовки возможно образова­ние завышенного слоя окалины, обезуглероженного поверхностного слоя, изменение микроструктуры металла (перегрев, пережог). В процессе ковки возникают различные искажения формы, забоины, вмятины, вогнутые торцы, увеличивающие концевые припуски. При несоблюдении температурного режима ковки возможно образование наружных и внутренних трещин (расслоение), неблагопри­ятной макроструктуры поковки.

При очистке на поверхности поковки могут обнаружиться забои­ны, остатки окалины и следы травления. Необходимо отметить, что торцевые и закалочные трещины, расслоения, пережоги, значительные отклонения формы являются неисправимыми дефектами: