2.3.3 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 (рисунок 17).

В ытяжка 1- Верхний боек 2- Нижний боек	П рошивка Боек Прошивень Кольцо Подставка
О садка 1-Верхний боек 2- Нижний боек	И згиб
Разновидности рубки Обрубка, 2- обсечка, 3прорубка	З акручивание
Сварка внахлестку	С варка встык

Рисунок 17 - Основные операции свободной ковки

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 изогнутой формы по заданному контуру.

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 технологического процесса 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.

Рисунок 18 - Схема расположения припусков и допусков

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

Допуск (Δ) — 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 рисунке 18.

На рисунках 19 и 20 приведены схемы назначения допусков и напусков на детали типа валов. Значения Δ и δ выбирают из таблицы 10.

Таблица 10

Значения и

Длина детали L, мм	Диаметр детали Д, Д1, Д2, Д3, мм
	До 50	50-70	70-90	90-120	120 -160	160 -200	200 -250	250 -300	300 -360
		Припуски , , и предельные отклонения , , ,
До 250	5±2	6±2	7±2	8±3	9±3
250-500	6±2	7±2	8±2	9±3	10±3	11±3	12±3	13±4	14±4
500-800	7±2	8±2	9±3	10±3	11±3	12±3	13±4	14±4	15±4
800-1200	8±2	9±3	10±3	11±3	12±3	13±4	14±4	15±4	16±4
1200-1700	—	10±3	11±3	12±3	13±4	14±4	15±4	16±5	17±5
1700-2300	—	11±3	12±3	13±4	14±4	15±4	16±5	17±5	19±5
2300-3000	—	—	13±4	14±4	15±4	16+5	17±5	18±5	19±5
3000-4000	—	—	—	15±5	16±5	17±5	18±5	19±5	20±6
4000-5000	—	—	—	1б±5	17±5	18±5	19±5	20±6	21±6
5000-6000	—	—	—	16±5	17±5	19±5	20±6	21±6	22±6

Таблица 11

Дополнитель­ные припуски

Разность диаметров (размеров) наибольшего и рассматриваемого сечений, мм	До 40	40-80	80-100	100-120	120-140	140-160	160-180	Свыше 180
Дополнительный припуск на диаметр (размер)δi,мм	3	4	5	6	7	8	9	10

Рисунок 19 - Схема назначения припусков и допусков

Рисунок 20 - 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 таблице 11.

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/ L_i 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 рисунке 21 приведён пример составления технологического процесса изготовления вала ковкой.

Описание изготовления ковкой одноступенчатого вала	Эскизы переходов ковки
Исходная заготовка
Протяжка на 315
Присечка на части согласно эскизу
Протяжка части I до 199 мм и отрубка излишка
Протяжка части II до 303 мм и отрубка излишка

Рисунок 21 - 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 принимать равным от 2 до 10% от веса поковки.

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 иметь вид :

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 (5)

где F_нач - площадь поперечного сечения заготовки (максимальная);

F_кон - площадь поперечного сечения поковки (максимальная).

Оптимальная поковка 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_исх исходной заготовки :

F_исх =F_кон ∙У (6)

где F_кон - площадь поперечного сечения поковки (максимальная);

У - степень поковки (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)

Режим нагрева кузнечных заготовок. Хорошую пластичность и ковкость 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 (таблице 12)

Таблица 12

Температурные интервалы ковки

		Температура ковки, °С
Виды сплавов	Характеристика	Начало ковки (верх. предел)	Конец ковки (ниж. предел)
	Содержание углерода	1150-1250
	до 0,3%
Углеродистые стали	0,3-0,5%	1100-1200	800-850
	0,5-0,9%	1050-1150
	0,9-1,5%	1000-1100
	Низколегированные*	1100	800-900
Легированные стали	Среднелегированные **	1100-1150	850-900
	Высоколегированные***	1150	900
Медные сплавы	Бронза	850	750
	Латунь	750	600
Алюминиевые сплавы	Дуралюмин	470	350

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 100мм в печи с температурой рабочего пространства 1300°С можно применить следующую формулу:

Т =К∙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 (рисунок 22) согласно указанному преподавателем номеру варианта (таблица 13).

Риунок 22 - Эскиз детали

2.Спроектировать поковку:

назначить напуск (см. рисунок 20) и нарисовать эскиз детали с напуском; определить припуски и допуски (см. таблицу 10); вычислить А; по формуле (1); найти основное сечение; назначить дополнительные припуски на несоосность (см. таблицу 11).

3.Вычислить вес поковки по формуле (2).

4.0пределить вес исходной заготовки.

5.Назначить температурный интервал ковки (см. таблицу 12) и определить время нагрева заготовки по формуле (8).

6.Выбрать оборудование.

7.Составить технологический процесс ковки (см. рисунок 21). 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 13

Варианты заданий

№	Размеры, мм
	А	А2	А3	А4	А5	А6	А7	Д1	Д2	Д3	Д4	Д5	Д6	Д7
1	20	350	390	1060	1260	1600	30	300	100	200	240	284	233	180
2	20	360	400	1060	1260	1700	40	350	100	190	250	304	243	190
3	20	370	410	1060	1260	1800	50	350	100	180	260	324	253	200
4	30	350	400	1060	1360	1700	50	350	100	190	270	334	263	210
5	30	360	400	1060	1360	1700	50	350	100	200	280	344	273	220
6	30	370	400	1060	1360	1700	50	350	100	210	280	344	273	220
7	40	400	550	1200	1400	1700	60	200	100	220	270	354	283	230
8	40	400	600	1200	1400	1700	70	340	100	230	260	364	293	240
9	40	400	650	1200	1400	1700	20	300	100	220	250	354	303	250
10	50	400	700	1200	1400	1700	90	350	100	210	240	344	313	260
11	50	400	750	1200	1400	1700	100	300	100	200	230	334	323	270
12	50	400	800	1200	1400	1750	120	350	100	190	220	324	323	280
13	60	400	850	1200	1400	1800	130	300	100	180	210	354	333	290
14	60	400	900	1200	1400	1850	140	350	100	170	200	364	343	300
15	60	400	950	1200	1400	1900	150	300	100	160	190	374	353	310
16	20	370	550	1060	1260	1600	30	300	100	200	240	284	233	180
17	40	350	450	1200	1260	1600	30	350	100	190	250	304	263	210
18	60	360	460	1060	1400	1700	50	340	100	180	302	240	250	220
19	30	400	450	1200	1400	1700	50	300	100	170	301	260	230	230
20	50	370	400	1200	1400	1700	40	340	100	160	300	280	320	250