Разделка проката на штучные заготовки

Перед резкой на заготовки изогнутые прутки правят, а местные поверхностные дефекты удаляют вырубкой зубилом или зачисткой абразивными кругами.

Правка прутков на прессах позволяет снизить местную кривизну до 0,15 мм на 1м длины правильно-растяжные и роликово-правильные машины до 1 мм на 1м, резьбонакатная машина 0,1 мм на 1м.

Штучные заготовки получают резкой на сортовых ножницах, ломкой на штампах—хладноломах, резкой на металлорежущих станках и анодно-механических, кислородной резкой.

Резка на сортовых ножницах и на пресс-ножницах применяется в основном для стальных прутков. На кривошипных прессах режут прутки диаметром до 20 мм, на эксцентриковых - до 200 мм.

Пруток автоматически или вручную подается до упора (рис. 6.6). Нож совершает 10...60 ходов в минуту.

При резке на торцах заготовок возможно образование дефектов: торцевые трещины, косина среза, смятие и утяжка. Вероятность их появления увеличивается при пониженной пластичности металла, увеличении сечения заготовки, при хранении прутков на холоде. Вследствие наличия зазоров и упругих деформаций звеньев прижимного механизма пруток 1 ( рис.6.7) поворачивается на некоторый угол ₁ - угол опрокидывания. Отрезаемая заготовка 5 отгибается подвижным ножом 3 и имеет наклон под углом ₂. Эти факторы, а также зазор  между ножами приводят к тому, что у отрезанной заготовки торцы не перпендикулярны оси заготовки, а имеют наклоны. Угол ₁ называют углом скоса заднего торца, а угол ₂ называют углом скоса переднего торца. Так как углы скосов влияют на правильную установку заготовок в штампе, их значения не должны превышать для скоса переднего торца 3,5°, а для скоса заднего торца - 7.

Рисунок 6.6 - Резка прутка на сортовых ножницах:;1 - пруток; 2 - прижим; 3 - верхний нож; 4 - упор; 5 - нижний нож		Рисунок 6.7 - Схема резки на ножницах и прессах: 1 - пруток; 2 -прижим; 3 - подвижный нож; 4 - упор; 5 - отрезаемая заготовка; 6 - нижний (неподвижный) нож

При резке на торцах заготовок возможно образование дефектов: торцевые трещины, косина среза, смятие и утяжка. Вероятность их появления увеличивается при пониженной пластичности металла, увеличении сечения заготовки, при хранении прутков на холоде. Поэтому стальные прутки большого диаметра (более 80 мм) и из малопластичных сталей в месте реза подогревают до 450...650°С. Цветные сплавы рубят в холодном состоянии.

Резка на ножницах имеет очень высокую производительность (например, при резке прутка диаметром 65 мм 3...20 резов в мин), но низкую точность по длине (от 1 до 6 мм) и большие дефекты торца.

Ломка на штампах-хладноломах применяется для стальных прутков диаметром более 70 мм. В месте лома по разметке делают надрез пилой или кислородной резкой (рис. 5.5). Ширина надреза b =2...3 мм, глубина

где d—диаметр прутка, мм.

Рисунок 6.8 - Ломка прутка на штампе-хладоломе

Рабочий ход толкателя составляет 5...10 % от диаметра прутка. Разрушение происходит почти мгновенно. Торец заготовки получается достаточно ровный.

Ломка дает лучшие результаты для более хрупких материалов. Для повышения хрупкости мягкую сталь нагревают до 300 °С. Преимуществом ломки является высокая производительность, возможность получения сравнительно коротких заготовок (l_min= 0,8d) и контроля качества металла по виду излома. Недостаток – необходимость предварительной надрезки заготовки

Резка проката может производиться на металлорежущем оборудовании: на дисковых и ленточных пилах; приводных ножовках; станках, работающих тонким абразивным кругом; отрезных и других станках.

Дисковые пилы представляют собой диск диаметром 300...800 мм с режущими зубьями. Разрезание прутков дисковой пилой производят по одному или пакетом (рис. 6.9). Современные дисковые пилы снабжаются гидравлическими зажимными приспособлениями. Для стальных заготовок разрезание на дисковых пилах применяется тогда, когда требуется высокая точность по длине и перпендикулярность торца оси заготовки. Для цветных металлов это основной метод разрезания, т. к. резка их на ножницах дает большое смятие. Производительность резки низка; ширина реза 3...8 мм, в связи с чем велики отходы.

Рисунок 6.9 - Схемы резки проката дисковой пилой а - одного прутка; б - пакета прутков; в - проката прямоугольного сечения		Рисунок 6.10 – Схема вертикально ленточной пилы

Ленточные пилы имеют форму бесконечной ленты толщиной 1,0...1,5 мм (рис. 6.10). Потери на рез в этом случае малы. Но сам инструмент (пильная лента) стоит дорого. Ленточные пилы применяются главным образом для разрезания проката цветных металлов (меди, латуни, алюминия и др.).

Приводные ножовки разрезают прокат ножовочным полотном, которое совершает под некоторым давлением возвратно-поступательное движение от механического привода. Ширина реза - 2...3 мм. Производительность резки мала, однако обслуживание ножовок просто. Один рабочий может обслуживать 5... 6 ножовок. Ножовки часто дают косой рез, снижая эффект применения тонких ножовочных полотен.

На станках, работающих тонким абразивным кругом, в качестве инструмента используются абразивные круги на вулканитовой связке толщиной 1...3 мм и диаметром до 500 мм. Производительность разрезания абразивным кругом довольно высока. Например, пруток диаметром 40...50 мм разрезается за 5...6 сек. Этот метод дает высокие точность подлине и качество торца. Инструмент во время работы не требует переточки, но быстро изнашивается и стоит довольно дорого.

Резка прутков и слитков па анодно-механических станках Анодно-механическую резку применяют главным образом для разрезания сталей, трудно поддающихся обычным способам резки. Сущность способа состоит в следующем. Тонкий стальной диск 1 (рис. 6.11) вращается с большой скоростью (до 25 м/с) и перемещается в направлении к заготовке 3. В зону контакта диска и заготовки подают рабочую жидкость (электролит) 2. Генератор постоянного тока обеспечивает напряжение U= 20...28 В и силу тока I= 80...450 А. В зоне контакта диска и заготовки поверхность заготовки окисляется. Этот слой мягких окислов снимают при трении диска о заготовку, и обнажающаяся поверхность заготовки окисляется снова. Наиболее употребительная рабочая жидкость - раствор жидкого стекла с плотностью 1,28... 1,32 г/см³.

Рисунок 6.11 - Схема анодно-механической резки: 1 - стальной диск; 2 - рабочая жидкость; 3 - заготовка; 4 - генератор постоянного тока; 5 - амперметр; v - скорость резания; s- подача

Размеры дисков-инструментов зависят от диаметров заготовки: для диаметра заготовки 30... 100 мм диаметр диска должен составлять 200...400 мм при толщине 0,8... 1,0 мм; для диаметра заготовки 200... 300 мм диаметр диска - 800... 1 100 мм при толщине 1,7...2,0 мм.

Минутная подача инструмента при отрезке прутка диаметром 40 мм составляет 27 мм/мин, а диаметром 300 мм - только 8,6 мм/мин.

Ширина реза должна быть 1,5 - 2 толщины диска. При меньшей ширине реза не обеспечивается свободный доступ рабочей жидкости в зону резания, при большей ширине реза снижается производительность и увеличиваются потери металла. Указанные размеры ширины реза получают созданием торцевого биения (у дисков с толщиной до 1 мм) и гофрированием более толстых дисков.

Недостаток анодно-механической резки - значительный износ электрода-инструмента (15...25% от объема удаленного металла из полости раздела), а также пористость торцов заготовок, причем глубина дефектного слоя составляет 1,5...2 мм (для крупных сечений).

Кислородная резка основана на сгорании нагретого металла в струе режущего кислорода. Резка применяется в основном для сталей, содержащих до 0,7 %С. При кислородной резке металл в месте прореза разогревают пламенем от сгорания смеси кислорода и горючего газа (рис. 6.12). Смесь подают по боковым каналам а. Затем подводят чистый кислород по центральному каналу, и металл начинает выгорать.

Скорость кислородной резки (т.е. скорость перемещения резака-горелки) не должна превышать скорости выгорания металла, иначе не будет сквозного прорезывания. Однако не рекомендуют и слишком малую скорость перемещения резака, так как происходит оплавление кромок. Ориентировочные значения предельной скорости составляют для толщины металла 10 мм - не более 600 мм/мин, для 100 мм - 240 мм/мин, для 300 мм - 110 мм/мин.

Для кислородной резки используют любые газы, имеющие теплотворную способность не менее 2 400 ккал/м³, температуру пламени при сгорании в смеси с кислородом - не ниже 1 800 °С (2 070 К) и содержание балласта не более 35%. Этим условиям удовлетворяют ацетилен, метан, нефтяные газы, бензин, керосин, водород и некоторое другие.

Повышенное содержание ряда элементов в стали затрудняет проведение кислородной резки: углерода - свыше 0,4%, хрома - свыше 2 %, молибдена - свыше 0,5 %, вольфрама - свыше 10 %. Поэтому высоколегированные стали (хромистые, никелевые, молибденовые и вольфрамовые) необходимо резать кислородом только при введении в зону раздела флюса (железного порошка).

Рисунок 6.12 - Схема кислородной резки:

а - боковые каналы; b - ширина прорези; s - толщина металла

Ширина реза и шероховатость его поверхности зависят от способа резки (машинного или ручного) и от толщины металла. При машинной резке ориентировочные значения ширины реза, мм,

b= 2 + 0,03s,

где s - толщина металла, мм.

При ручной резке ширину реза увеличивают на 25 %.

В результате оплавления металла на поверхности реза образуются отдельные гребешки и впадины: при машинной резке от 0,1 мм (при толщине стали 5 мм) до 2,5 мм (при толщине стали 300 мм), при ручной резке - от 0,5 мм (при толщине стали 5 мм) до 4 мм (при толщине стали 300 мм).

Выбор способа резки зависит от формы и размеров заготовки, а также возможностей способа резки (см. табл. 6.1) и цеха (завода).

Специальные виды прокатки

Прокатка (раскатка) колец, колес, бандажей (для железнодорожного транспорта) производится на специальных прокатных станах в горячем состоянии. Раскаткой придают заготовкам более сложный профиль и более точные размеры, чем штамповкой обеспечивают тангенциальное направление волокон, выполняют кольцевые поднутрения (например, канавки под шарики у наружных колец подшипников). Во избежание образования окалины для стальных изделии под раскатку применяют обычно индукционный или безокислительный нагрев и не выше 1040°С. Раскатке подвергаются заготовки с наружным диаметром от 60 мм до 1 м и более при высоте обрабатываемого обода до 150 мм. Применяют открытую и закрытую схемы раскатки (рис. 6.13, а, б).

Таблице 6.1 - Сравнение способов разделки прутка на штучные заготовки

Способ резки	Характеристика способа
	По производительности, балл	По расходу металла, балл	Точность длины заготовки
На сортовых ножницах	1	1	от ±0,8 до ±4,5 мм
На хладноломах	1	1	от ±1,0 до ±3,5 мм
Дисковыми пилами	3	4	от ±0,8 до ±2,5 мм
Абразивными кругами	2	2	от ±0,5 до ±1,5 мм
Приводными ножовками	6	3	от ±0,8 до ±2,5 мм
Анодно-механическая	5	2	от ±0,1 до ±0,5 мм
Кислородная	4	5	от ±1 до ±3 мм
Примечание. Увеличение балла в таблице указывает на ухудшение характеристики.

Рисунок 6.13 - Схемы раскатки колец подшипников

Точность размеров готовых поковок (рис. 6.13, г) по наружному диаметру зависит главным образом от своевременности прекращения процесса, т. е. от наладки и качества работы контрольного ролика, а по внутреннему диаметру - от точности объема исходных заготовок (рис. 6.13 а).

Практически допуск на наружный диаметр составляет около -0.01D, на внутренний -- (0,022d=0,6) мм. Параметр шероховатости поверхности после раскатки Ra=1,6…0,8.

При укладке заготовок и съеме поковок вручную производительность раскатки составляет на мелких кольцах до 500 на крупных - 100...250 шт./ч.

Прокатка зубчатых колес производится из заготовок в виде прутков или отдельных дисков, собранных на стержне. Заготовки нагреваются заранее с помощью кольцевых или секторных индукторов на глубину 6...10 мм зависимости от модуля зуба. В процессе прокатки зубчатый, валок вдавливается в поверхность заготовки усилием Р (рис. 6.14).

Рисунок 6.14 - Схема прокатки зубчатых колес: 1 - зубчатый валок; 2 - заготовка; 3 - секторные индукторы; 4 - опорный валок		Рисунок 6.15 - Схема поперечно-клиновой прокатки: а - процесс прокатки; б - типовые заготовки; 1 - рабочие клинья; 2 - заготовка

Этим способом изготавливают прямозубые и косозубые цилиндрические колеса, шлицевые валы, звездочки цепных передач с модулем до 4 мм и диаметром до 200 мм. Частота вращения валков - от 3,8 до 60 мин^-1. Производительность процесса значительно превосходит производительность механической обработки. Полученные зубчатые колеса имеют благоприятную макроструктуру поверхностного слоя, поэтому механическая обработка по поверхности зубьев должна быть минимальной.

Поперечно-клиновая прокатка проводится с помощью плоскоклиновых инструментов (рис. 6.15). Один из рабочих клиньев неподвижен, второй совершает поступательное движение и прокатывает заготовку. Метод довольно производителен: деформация завершается за 1,3...1,5 оборота заготовки. При горячей прокатке можно получить заготовки с допусками на диаметральные размеры 0,2...0,4 мм, на линейные - 0,3...0,5 мм.

Инструмент сравнительно прост по конструкции, обеспечивает получение ступенчатых волов сложной конфигурации небольшой длины.

Контрольные вопросы

1. Обработка металлов давлением. Основные способы.

2. Изменение свойств металлов при пластическом деформировании.

3. Влияние нагрева на структуру материала при пластическом деформировании.

4. Заготовки из проката. Область применения.

5. Заготовки из проката. Достоинства и недостатки.

6. Машиностроительные профили из проката.

7. Получение профилей прессованием.

8. Способы разделки проката на мерные заготовки.

9. Резка на сортовых ножницах

10. Ломка на штампах-хладноломах

11. Резка проката на металлорежущем оборудовании дисковыми пилами.

12. Резка на ножовках.

13. Анодно-механическая резка.

14. Кислородная резка.

15. Специальные методы прокатки.

Лекция 7. ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК КОВКОЙ

Информация, изучаемая в этой лекции, изложена в [1-2].

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.

Признаки типов кузнечно-штамповочного производства приведены в табл. 7.1. В качестве исходного материала для кузнечно-штамповочного производства применяют металлы в виде слитков, проката различных профилей, прессованных прутков и литые заготовки. Стальные слитки массой от 1,2 до 350 т применяют для ковки.

Из высоколегированных сталей применяют слитки меньших размеров (но не менее 200 кг).

Классификация поковок

Классификация поковок производится по форме поперечного сечения и изменению его по длине, наличию или отсутствию отверстий, прямолинейности или изогнутости главной оси заготовки. С этой точки зрения все поковки делятся на 7 групп и 24 подгруппы.

I группа - цилиндрические сплошные поковки, гладкие и с уступами - штоки, оси, валы, колонны, цапфы, роторы и т. п.

II группа - поковки прямоугольного сечения гладкие и с уступами - плиты, пластины, штамповые кубики, вкладыши и т. п.

III группа - поковки смешанных сечений с расположением отдельных частей в одной, двух и более плоскостях - коленчатые валы и др.

IV группа - цилиндрические полые поковки гладкие и с малыми уступами - диски, фланцы, колеса, крышки, шестерни и т. п.

V группа - цилиндрические полые гладкие поковки с малым отношением длины к размеру сечения - бандажи, кольца и т. п.

VI группа - цилиндрические полые гладкие поковки с большими уступами и большим отношением длины к размеру сечения - барабаны, полые палы, цилиндры и т. п.

VII группа - поковки с криволинейной осью - крючки, бугели, скобы, днища и т. п.

В соответствии с принятой классификацией для каждой группы поковок рекомендуются определенные ковочные операции.

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

Ковкой называют вид обработки давлением, при котором исходную заготовку деформируют универсальным инструментом – бойками.

При ковке формоизменение происходит вследствие течения металла в стороны, перпендикулярные к движению деформирующего инструмента-бойка. Применяемый при ковке инструмент не создает значительного сопротивления течению металла при деформировании, что и отличает ковку от других видов обработки давлением, причем это течение ограничено лишь трением на контактной поверхности инструмент - деформируемый металл.

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).

Основные операции ковки - осадка, протяжка, пробивка, прошивка, гибка, скручивание, отрубка и кузнечная сварка.

Осадка - уменьшение высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения (рис. 7.1, а). Осадку производят бойками или осадочными плитами. Заготовки, у которых отношение высоты к диаметру или к меньшей стороне поперечного сечения больше 2,5, осаживать не рекомендуется во избежание возможного изгиба заготовки. Осадку применяют для увеличения площади поперечного сечения поковки.

Протяжка (рис. 7.1, б) - удлинение заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения. Она осуществляется последовательными обжатиями отдельных, примыкающих друг к другу участков заготовки при ее подаче вдоль оси.

Разновидности протяжки: раскатка (рис. 7.1, в) и протяжка на оправке (рис. 7.1, г).

Раскатка - увеличение диаметра кольцевой заготовки при вращении за счет уменьшения ее толщины с помощью бойка и оправки. При раскатке ширина кольца несколько увеличивается. Инструментами для раскатки служат плоский боек, оправка и люнет.

Рисунок 7.1 - Операции ковки: а - осадка, б - протяжка; в - раскатка; г - протяжка на оправка; д – гибка; е – закручивание; ж - рубка; з – пробивка; и - прошивка

Протяжка на оправке - увеличение длины прошитой или просверленной заготовки за счет обжатия ее по обе стороны оправки двумя бойками (нижним вырезным и верхним плоским или обоими вырезными бойками). При протяжке наружный диаметр и толщина стенки заготовки уменьшаются. Раскаткой изготовляют поковки колец, а протяжкой на оправке - поковки сосудов высокого давления, стволов орудий и др.

Гибка (рис. 7.1, д) - образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы. Гибку осуществляют с помощью различных опор, приспособлений и в подкладных штампах.

Скручивание (рис. 7.1, е) - поворот части заготовки вокруг продольной оси. Осуществляют ее, например, при развороте колен коленчатых валов.

Рубка (рис. 7.1, ж) - полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента. Рубку осуществляют топорами для удаления прибыльной и донной частей слитка, лишних концов поковки или для разделения длинной поковки на более короткие части.

Пробивка (рис. 7.1, з) - образование в заготовке отверстия с удалением материала в отход путем сдвига. Отверстия диаметром до 500 мм пробивают сплошным прошивнем с применением подкладного кольца, а отверстия большего диаметра прошивают полым прошивнем, применяя в случае высокой заготовки надставки. Часть металла удаляют при этом вместе с прошивнем.

Прошивка (рис. 7.1, и) — получение полостей в заготовке за счет вытеснения материала. Она служит самостоятельной операцией для образования отверстия либо подготовительной операцией для последующей раскатки или протяжки заготовки на оправке.

Кузнечная сварка - образование неразъемного соединения под действием давления в нагретом состоянии. В связи с развитием новых видов сварки эта операция применяется редко.

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 Rа=50...12,5 мкм, а при использовании подкладных штампов - Rа=12,5..6,3 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. 7.2). 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.

Рисунок 7.2 - Поковки, получаемые обычной ковкой (а) и

в подкладных штампах (б)

При получении крупных поковок массой от нескольких сотен килограммов до 300 т (валы гидротурбин, турбинные диски, валки прокатных станов) в качестве заготовок используют слитки массой до 350 т. Для более мелких поковок в качестве заготовок применяют прокат в виде полупродукта или сортового профиля круглого либо квадратного сечения.

Припуски на механическую обработку и допуски на размеры заготовки производят для поковок получаемых свободной ковкой на молотах по ГОСТ7829-70 и по ГОСТ7062-79 при получении их на прессах.

Микро- и дислокационная структура металла после ковки (как и после штамповки) не является окончательной, она определяется последующей термообработкой поковок. Термообработка, особенно крупных поковок, облегчается, если поковки после ковки имеют более мелкое зерно. Зерна увеличиваются при нагреве до ковочных температур, поэтому все участки нагретой заготовки должны быть прокованы для измельчения зерен, и ковку следует заканчивать при температурах, близких к нижнему пределу ковочных температур, чтобы избежать роста зерен после ковки в остывающей поковке.

Применение ковки для получения заготовок объясняется рядом ее преимуществ по сравнению с другими видами обработки:

1) возможностью изготовления крупногабаритных поковок массой несколько сотен тонн, получение которых другими способами невозможно; использованием сравнительно маломощного оборудования при обработке таких поковок, так как обработка ведется деформированием отдельных участков заготовки;

2) возможностью получать поковки широкого ассортимента благодаря применению универсального оборудования и универсальной оснастки;

3) значительным улучшением качества металла, повышением его механических свойств, особенно пластичности и ударной вязкости.

Основные недостатки ковки следующие:

• низкая производительность, значительная трудоемкость изготовления поковок, особенно на прессах;

• большие напуски, припуски и допускаемые отклонения размеров поковки, что приводит к увеличению объема механической обработки и расхода металла.

Основные типы поковок приведены в табл. 7.1

Таблица 7.1 - Основные типы поковок

Тип поковки	Эскиз поковки	Соотношение размеров поковок
1	2	3
Поковки из углеродистой и легированной стали, изготовляемые ковкой на прессах по ГОСТ 7062-90
Гладкие круглого и прямоугольного сечения		1,2DL30D
		2HBH, 30HL1,5B

Продолж. табл. 7.1.

1	2	3
Круглого сечения с уступами		l10,3D, h1,212 мм
Круглого сечения с выемкой		h1,212 мм
Круглого сечения с буртом		l10,3D, h1,212 мм
Круглого сечения с фланцем		l10,3D, h12 мм
Квадратного сечения с уступами		В0=Н0, В1=Н1,
Круглого сечения с конусом		h>24 мм l2D2
Цилиндры		0,5DH1,2D

Продолж. табл. 7.1.

1	2	3
Диски с отверстиями и без них		0,2DH0,5D, d<0,5D
Муфты		0,5DH1,2D, d<0,5D
Бруски и пластины с отверстиями и без них		2HB4H, d<0,5D
Цилиндры с отверстиями		1,2D<LD, d0,5D
Кольца раскатные		0,2DH1,2D, d0,5D
Поковки из углеродистой и легированной стали, изготовляемые ковкой на молотах ГОСТ 7829-70
Гладкие круглого и прямоугольного сечения		L>1,5D
		L>1,5D, HB1,5H
Круглого сечения с уступами		L>1,5D, l>0,3D

Продолж. табл. 7.1.

1	2	3
Круглого сечения с фланцем		L>1,5D, l0,3D
Круглого сечения с буртом
Круглого сечения с выемкой		L>1,5D
Квадратного сечения с уступами		L>1,5B
Круглого, квадратного сечения с уступами разной конфигурации		L>1,5D
Продолж. Диски		H0,5D
Цилиндры		0,5D<H1,5D
Бруски, кубики, пластины		HB, BL1,5L

Продолж. табл. 7.1.

1	2	3
Диски с отверстиями		H0,5D, d0,5D
Втулки		0,5D<H1,5D, d0,5D
Бруски и пластины с отверстиями и без них		HB, B<L<1,5D, d0,5B
Кольца раскатные		HD, d>0,5D
Цилиндры с отверстиями		0,5D<H1,5D, d>0,5D
Валы полые		L>1,5D, d0,5D
Втулки с уступами сплошные и с отверстиями , изготовляемые в подкладных кольцах или подкладных штампах		hD1, h<0,75H, D1-D20,2D1, 0,5D2d0,4H

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 я 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. 7.3). Для небольшого числа поковок изготовление специального инструмента часто обходится дороже, чем потери металла на напуски и на увеличение объема механической обработки.

Рисунок 7.3 - 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 (рис.7.4), ее размеров, материала и способа изготовления.

Рисунок 7.4 - Эскиз поковки

Для поковок из углеродистой и легированной сталей круглого или квадратного сечения с уступами и выемками, изготовляемых ковкой на молотах, согласно ГОСТ 7829-70 по табл. 7.2 сначала назначают основные припуски и предельные отклонения на диаметры, общую длину и размеры от базового сечения до соответствующих выступов, уступов и впадин.

Таблица 7.2 - Основные припуски и предельные отклонения размеров поковки

Длина детали l (свыше...до)	Диаметр детали и размер сечения В, Н (свыше…до)
	До 50	50...70	70…90	90...120	120...160	160...200	200…250	250... 300	300...360
	Припуски  и предельные отклонения (/2)
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±4	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	18±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				16±5	17±5	18±5	19±5	20±6	21±6
5000...6000					18±5	19±5	20±6	21±6	22±6

За базовое сечение принимают торец участка с наибольшим диаметром, не являющийся торцом поковки. Затем для компенсации несоосности ступеней по табл. 7.3 на диаметры всех сечений, кроме основного, назначают дополнительный припуск в зависимости от разностей диаметров основного и рассматриваемого сечения детали.

Таблица 7.3 - Дополнительные припуски для поковок с уступами, изготавливаемых ков- кой на молотах, мм

Дополнительный припуск на диаметр (размер)	Разность диаметров (размеров) наибольшего и рассматриваемого сечений (свыше…до)	Дополнительный припуск на диаметр (размер)	Разность диаметров (размеров) наибольшего и рассматриваемого сечений (свыше…до)
3 4 5 6	До 40 40...80 80...100 100...120	7 8 9 10	120... 140 140... 160 160...180 Свыше 180

Припуски, указанные в табл. 5.3, установлены из расчета обработки поковки с двух сторон. При обработке поковки с одной стороны припуск следует уменьшить в 2 раза. Верхнее отклонение при этом сохраняется, а нижнее принимается с коэффициентом 0,5. На необрабатываемые поверхности отклонения на размеры выбирают по табл. 5.3, а припуск принимают равным 0. Скосы между уступами, косина руба на торцах, уклоны назначаются не более 10°.

В остальных случаях проектирование кованых заготовок ведется аналогичным образом. Отличие состоит в том, что, если поковки из углеродистой и легированной сталей изготавливаются ковкой на прессах, количественные нормы (припуски, допуски и т. п.) регламентируются ГОСТ 7062-79, а для поковок из высоколегированных деталей, цветных сплавов или массой более 100 т - стандартами отраслей и предприятий.

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 линией. 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. 7.5).

На чертеже всегда проставляется общая длина поковки. В поковках типа вала длину элемента, который куют последним (элемент диаметром (380±9 мм на рис. 5.5), 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.

Рисунок 7.4 - Пример оформления чертежа поковки, полученной ковкой на прессе

Массу падающих частей G, кг, определяют по формуле

G= 1,5.105р_удV,

где р_уд - 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:

при осадке - р_уд =_т(1+ 0,l7D/H),

при протяжке - р_уд = _т(1+ 0,l7L/H),

при прошивке - р_уд = _т (1 + 0,17d/h 4- 1,1ln(D/d)),

где _т - предел текучести металла при температуре деформации, МПа; D - средний диаметр заготовки после деформации, мм; H - высота заготовки после деформации, мм; L—подача при протяжке, мм; v -коэффициент, учитывающий форму бойков (для плоских бойков v=l, для вырезных v=l,25); d - диаметр прошивки, мм; h - толщина отхода, мм.

Необходимое для ковки усилие пресса, МН,

р=  р_уд F,

где  - 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 усилии прессования можно определить с помощью табл. 7.4 и 7.5.

Для автоматизации процессов ковки применяют ковочные комплексы с программным управлением. Например, комплексы АКП 500/2,5 и АКП 1250/5 предназначены для изготовления осесимметричных поковок с вытянутой осью в режиме автоматического и программного управления и поковок всех типов (колец, шайб, фланцев и т. п.) в режиме ручного и полуавтоматического управления.

Таблица 7.4 - Данные для выбора массы падающих частей молотов

Масса падающих частей, кг	Фасонных		Наибольшая для гладких валов	Наибольшее сечение заготовки (сторона квадрата), мм
	средняя	наибольшая
100	0,5	2	10	50
150	1,5	4	15	60
200	2	6	25	70
300	3	10	45	85
400	6	18	60	100
500	8	25	100	115
750	12	40	140	135
1000	20	70	250	160
2000	60	180	500	225
3000	100	320	750	275
5000	200	700	1500	350

Таблица 7.5 - Данные к определению усилия прессования при ковке на прессах

Усилие пресса, МН	Исходная заготовка
	Масса, кг	Диаметр, мм
6	500...2000	200...500
8	2 000...3000	250...600
10	4 000...8000	300...800
20	15 000...30000	400...1200
30	30 000...60000	600...1 600
60	60000 120000	1000...2500
100	150000...350000	2 000...2800

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, увеличивающиеся 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.

Контрольные вопросы

1. Основные операции в кузнечно-штамповочном производстве

2. Ковка. Сущность метода.

3. Ковка. Область применения.

4. Ковка. Исходные заготовки.

5. Предварительные операции ковки

6. Основные операции ковки.

7. Отделочные операции ковки

8. Биллетеровка

9. Осадка.

10. Протяжка.

11. Раскатка.

12. Протяжка на оправке.

13. Прошивка, пробивка

14. Разгонка

15. Передача

16. Радиальное обжатие

17. Скручивание

18. Гибка.

19. Рубка.

20. Кузнечная сварка.

21. Ковка в подкладных штампах

22. Проектирование кованой заготовки

23. Технические требования к кованой заготовке

24. Расчет массы падающей части при выборе кузнечного оборудования.

25. Расчет давление прессования при выборе кузнечного оборудования.

26. Расчет необходимого для ковки усилие пресса.