2. Определение размеров исходной заготовки

Размеры исходной заготовки определим из соотношения

V=m/ρ (1)

где V – объём заготовки, м³

m – масса заготовки, кг;

ρ – плотность заготовки, кг/м³.

V=9/7800=1,154·10^-3 м³

Размеры заготовки, во избежание её искривления при обработке, должны удовлетворять условию

m =L_заг/D_заг≤2,8 (2)

где m – коэффициент устойчивости, равный 1,5÷2,8

L_заг – длина заготовки, м

D_заг – диаметр заготовки, м

Чтобы облегчить отрезку заготовки принимают m≈2,8, при таком значении m заготовка имеет наименьшую толщину.

Задавшись m можно найти диаметр круглой заготовки по формуле 2

D_заг= L_заг/m

Объём цилиндрической заготовки равен

V=π·D²_заг·L_заг/4 (3)

Исходя из того, что

L_заг=D_заг·m,

преобразуем формулу 3

V=π·D³_заг·m/4 (4)

Из формулы 4 выразим диаметр заготовки

D_заг=³√4·V/π·m,

D_заг=1,08·³√V/m, (5)

D_заг=1,08·³√1,154·10^-3/2,8=0,08073 м

По ГОСТ 2590-71 выбираем сталь диаметром 80мм

Длину заготовки найдём из условия

L_заг=V_заг/S_заг (6)

Площадь круглой заготовки определяется по формуле

S_заг=πD²_заг/4 , (7)

S_заг=3,14·80²/4=5024 мм²

Длина заготовки будет равна

L_заг=1154000/5024=229,7 мм

3. Выбор типоразмера основного технологического оборудования и его ориентировочной производительности

Прессы горячештамповочные кривошипные предназначены для штамповки поковок различной формы из прокатанного пруткового материала (при отсутствии необходимости предварительного придания формы ему протяжкой) или фасонного проката (при необходимости предварительного придания формы ему протяжкой) в открытых штампах, а так же для штамповки в закрытых штампах, в частности выдавливанием.

Для поковок массой 9 кг и группы сложности 3 выбираем пресс горячештамповочный кривошипный с усилием 25000 кН и производительностью 900 кг/ч.

Основные параметры пресса приведены в таблице 2.

Таблица 2

Номинальное усилие пресса, кН	25000
Ход ползуна, мм	350
Размеры стола, мм, не менее Слева на право В Спереди сзади L	1200 1400
Размеры ползуна, мм, не менее Слева направо В1 Спереди сзади L1	1070 1120
Размеры окон в стойке пресса, мм, не менее Высота Н1 Ширина В1	1000 800
Мощность привода, кВт	75
Масса, т	178

Рисунок 1. Кривошипный горячештамповочный пресс

4. Выбор способа, режима нагрева и режима охлаждения поковок.

4.2. Выбор способа нагрева поковок.

При нагреве стальных слитков и заготовок под ковку и штамповку должны быть обеспечены требуемая температура, равномерное распределение температуры по поверхности и по сечению, минимальное окисление и обезуглероживание поверхности, сохранение целостности ангреваемого материала, т. е. отсутствие микро- и макротрещин. Различают технически возможную и допустимую скорость нагрева. Технически возможная скорость нагрева зависит в основном от разности температуры печи и конечной температуры слитка. С такой скоростью можно нагревать катаные и кованные заготовки диаметром до 200мм.

На скорость или время нагрева влияют следующие факторы: тем­пература печи (температурный напор), укладка заготовок в печи, форма и размеры нагреваемых заготовок, коэффициент теплопередачи, коэффициент теплопроводности, коэффициент температуропроводности, удельная теплоемкость, плотность заготовки и пластичность материала. Последние пять факторов являются внутренними факторами, не зависящими от условий нагрева.

Разница между температурой печи и температурой заготовки называется температурным напором. Превышение над температурой окончания нагрева называется окончательным температурным напором. При увеличении температуры печи увеличиваются скорость нагрева и температурный градиент. Максимальный температурный градиент наблюдается в зоне температур фазовых превращений. Влияние температурного напора на время нагрева заготовок показано на рисунке 2.

Расположение заготовок в печи определяет интенсивность нагрева излучением от стенок печи и возможность для нагрева конвекцией, что определяет степень неравномерности нагрева и время нагрева. Увеличение времени нагрева можно учесть коэффициентом К, значения которого колеблются от 1 до 3 в зависимости от расстояния между заготовками при нагреве в печи и от формы поперечного сечения заготовки.

Т, мин

20 16 12 8 4
						I
						II
0 20 40 60

D₀ , мм

Рисунок 2 – Зависимость времени нагрева металла до 1200ºС от диаметра заготовок при различных температурах печи.

Чем короче заготовка, тем быстрее она греется - сказывается влияние торцов. Если длина заготовки больше трёх её диаметров, то она на скорость нагрева практически не влияет. Влияние нагрева заготовки через торцы можно учесть коэффициентом торцов К_т. Чем больше размеры заготовки, тем больше время нагрева, ввиду того что площадь поверхности, приходящаяся на единицу объема нагреваемой заготовки, будет меньше.

Коэффициент теплопередачи определяется удельным тепловым потоком, отнесенным к разности в один градус между температурами нагревающего и нагреваемого потоков. Тепловой поток определяется количеством теплоты, падающей на поверхность в единицу времени. Коэффициент теплопередачи зависит от излучения и поверхности, воспринимающей теплоту. Коэффициент теплопередачи падает с увеличением температуры металла и увеличивается при увеличении температуры печи.

Коэффициент теплопроводности определяется удельным тепловым потоком, передаваемым на единицу длины, при температурном перепаде в 1°С в единицу времени. Чем больше коэффициент теплопроводности, тем быстрее теплота отводится с поверхности и передается внутрь заготовки. Чем меньше коэффициент теплопроводности, тем больше температурный градиент в заготовке. С целью уменьшения температурного градиента нужно принимать специальные меры для выравнивания температур.

Удельная теплоемкость - это количество теплоты, необходимое для нагрева единицы массы заготовки на 1°С. Чем больше теплоемкость, тем больше потребное время нагрева.

Плотность заготовки также влияет на время нагрева. Чем больше плотность заготовки, тем больше теплоты нужно подавать в единицу объёма, а поверхность заготовки по отношению к единице массы будет меньше. У сталей плотность меняется незначительно и влияние её изменения на нагрев не учитывается.

Посредством коэффициента температуропроводности можно оценить скорость нагрева или прогреваемость металлов. Коэффициент температуропроводности зависит от химического состава стали и от температуры заготовки.

При нагреве возникают термические и структурные напряжения, которые могут привести к разрушению металла. Если металл достаточно пластичен при данной температуре, то в местах наибольших термических напряжений происходят пластические деформации и разрушений не наблюдается. Чем выше пластичность металла, тем выше может быть скорость нагрева.

Время нагрева заготовок небольшого сечения (до диаметра 350мм) до 1200°С при температуре печи 1300°С можно определить по формуле Н.Н.Доброхотова:

(8)

где Т — время нагрева в часах;

α — коэффициент, учитывающий способ укладки заготовок на под печи;

k — коэффициент, учитывающий степень легирования стали (10 для углеродистых и 20 для легированных);

D — диаметр (сторона квадрата) или толщина заготовки в м.

Время нагрева цилиндрической заготовки диаметром 260 мм из стали марки 40Х равно

T = 1 ∙ 12,5 ∙ 0,08 ∙ √0,08 = 0,28ч = 17 мин

При нагреве за два этапа необходимо провести разбивку общего времени нагрева по двум периодам. При нагреве легированной стали время нагрева первого периода выбирают равным

T₁=(2/3)Т,

где Т₁ - время нагрева от 0 до 800°С

Т₁=(2/3)·17=11 мин;

Второго периода

Т₂=(1/3)Т,

где Т₂ - время нагрева от 800 до 1250°С

Т₂=(1/3 )·17=6 мин.

4.2 Выбор способа и режима охлаждения заготовки

Охлаждение заготовок начинается сразу после выдачи их из печи и продолжается как при транспортировании их к штамповочному агрегату, так и в процессе ковки, штамповки и прокатки. Процесс охлаждения заканчивается после обработки давлением, когда температура металла постепенно снижается до температуры окружающего пространства. Режим охлаждения после обработки давлением имеет такое же значение для ее качества, как и режим нагрева. Скорость охлажде­ния влияет на величину термических напряжений, которые в случае быстрого охлаждения могут приводить к наружным трещинам. При переходе через критический интервал температур (фазовые превра­щения) возникают структурные напряжения. Кроме этого, в легиро­ванных сталях есть опасность поверхностной закалки при быстром охлаждении, результаты которой трудно устранимы даже при необхо­димом в этом случае отжиге. Чем более легирована сталь и чем больше размеры поковки, тем медленнее должно быть охлаждение.

Охлаждение металла под бойками молота или пресса происходит быстрее, чем на воздухе. Продолжительность охлаждения от начала до конца ковки обуславливает возможную продолжительность процесса обработки давлением. Объем кузнечных работ, выполняемых за один нагрев, можно увеличивать путем теплоизоляции частей заготовки, отковываемых в последнюю очередь, а также уже откованных частей поковки. Теплоизоляцию выполняют покрытием кожухами из листовой стали с асбестом.

Применяют следующие способы охлаждения поковок в зависимости от из размеров сечения: на воздухе; в теплоизолирующих материалах; в термосах и неотапливаемых колодцах; в подогреваемых колодцах; в специальных печах.

Режим охлаждения поковок диаметром 80 мм из стали марки 40ХН – на воздухе.