3. Определение массы исходной заготовки

Исходной заготовкой при свободной ковке служит либо слиток определенной массы, либо мерный отрезок проката.

Основная часть массы заготовки приходится на массу поковки. Если поковка имеет сложную форму, то ее объем разбивают на участки, представляющие собой простейшие геометрические фигуры: цилиндр, шар, пирамида и т.д. Имеющимися на чертеже галтелями и скосами можно пренебречь. Полный объем поковки будет равен сумме объемов отдельных частей:

Vп = V1 + V2 + ... + Vп .

(1)

Масса поковки определяется исходя из ее объема и плотности материала:

Gп = Vп × g .

(2)

Плотность стали – 7,85×10³ кг/м³.

Масса исходной заготовки при ковке из слитка:

Gзаг = Gп + Gпр + Gд + Gу + Gо ,

(3)

где G_пр – масса прибыльной части слитка (G_пр = 20-25 % массы слитка); G_д – масса донной части слитка (5-7 % массы слитка); G_у – потери металла на угар (окисление поверхности при нагреве заготовки перед ковкой); G_о – масса технологических отходов (концевые обсечки, выдра при прошивке отверстий и т.п.).

Прибыльную и донную части слитков, содержащие примеси и имеющие дефектную макроструктуру, отрубают от заготовки.

Потери металла на угар при нагреве углеродистых и среднелегированных сталей в пламенных печах составляют в среднем 2,5 % от массы нагреваемого металла. При каждом подогреве (от 500-800 °С до ковочной температуры) – 1,5 %. Таким образом, общие потери металла на угар зависят от количества подогревов, осуществляемых в процессе изготовления поковки. В настоящей работе следует считать, что поковку изготовляют за 1 нагрев.

Если при ковке поковок типа валов не предусмотрен избыточный материал на обсечку концов, то возникают затруднения при обеспечении размеров по длине, ухудшается качество торцов. Масса обсечек при ковке простых изделий составляет в среднем 6 % от массы поковки.

Отход металла при прошивке отверстий сплошным прошивнем:

V = K Нзаг ,

(4)

где K – коэффициент, учитывающий условия прошивки (при прошивке с кантовкой, см. рис. 2, л, K=0,25; при прошивке с подкладным кольцом, см. рис. 2, к, K=0,7); d – диаметр прошиваемого отверстия; Н_заг – высота заготовки перед прошивкой.

Массу исходной заготовки при ковке из проката, предусмотренной данной работой, определяют по формуле (3) без учета масс G_пр и G_д.

4. Определение размеров исходной заготовки

Степень воздействия на структуру металла при ковке выражается величиной коэффициента уковки K_у, который количественно характеризует изменение площади сечения заготовки в результате обжатий. Так, при осадке:

,

(5)

где F_к – конечная (бóльшая) площадь поперечного сечения заготовки; F_н – начальная (меньшая) площадь поперечного сечения заготовки.

В случае протяжки:

,

(6)

где F_н – начальная (бóльшая) площадь поперечного сечения заготовки; F_к – конечная (меньшая) площадь поперечного сечения заготовки.

Таким образом, коэффициент уковки всегда больше единицы.

При нескольких операциях ковки общий коэффициент уковки равен произведению частных коэффициентов по операциям:

Kобщ = K1 × K2 × ... × Kn .

(7)

Общим коэффициентом уковки определяют степень проковки материала. Например, для ликвидации следов литой структуры углеродистой стали необходимый коэффициент уковки равен 3-5, а легированной стали – 3-10. Поэтому в практике технологический процесс ковки часто приходится усложнять – например, чередовать операции осадки и протяжки заготовки для обеспечения бóльших значений коэффициента уковки. В случае, когда исходной заготовкой является прокат, т.е. материал уже подвергнутый пластической деформации, считают достаточным коэффициент уковки равный 1,3-1,5.

Размеры исходной заготовки зависят от основной кузнечной операции технологического процесса изготовления поковки. Если это протяжка, то с учетом получения необходимого укова сечение исходной заготовки F_заг определим как:

Fзаг = Fп × Kу ,

(8)

где F_п – площадь наибольшего поперечного сечения поковки; K_у – коэффициент уковки, для прокатных заготовок принимается равным 1,3.

Определив площадь поперечного сечения заготовки, имеем для стороны ее квадратного сечения (с заготовкой круглого сечения менее удобно работать кузнецу):

aзаг = .

(9)

По расчетной a_заг из сортамента проката выбирают ближайшее бóльшее сечение (табл. 6).

Таблица 6

Сталь и заготовка горячекатаная квадратная

Сторона квадрата, мм:

5; 10; 14; 20; 26; 30; 34; 38; 42; 50; 60; 80; 100; 120; 135; 160; 180; 200; 220; 250

По рассчитанной массе заготовки G_заг и площади сечения принятого проката определяют длину исходной заготовки:

.

(10)

Если основной технологической операцией при изготовлении поковки является осадка, то площадь поперечного сечения исходной заготовки с учетом получения необходимого укова определим как:

,

(11)

где F_п – торцевая площадь поковки.

Диаметр заготовки круглого сечения:

dзаг = 1,13 .

(12)

После выбора по сортаменту (табл. 7) проката, диаметр которого является ближайшим бóльшим к расчетному, определяют длину исходной заготовки.

Таблица 7

Сталь горячекатаная круглая

Диаметр, мм

5; 10; 14; 20; 26; 30; 38; 42; 50; 60; 80; 100; 120; 135; 160; 220; 250

Длина круглой заготовки:

,

(13)

где – площадь сечения проката, выбранного по сортаменту.

Размеры выбранной для осадки заготовки должны удовлетворять условию .