2.2 Выбор вида исходной заготовки, определение ее размеров

Определение веса заготовки.

где - вес поковки

где – плотность.

- объём стержня.

где - радиус поковки;

- длина поковки.

где - вес отходов с прибыльной части;

- вес отходов с данной части;

- вес отходов на выдру;

- вес отхода на обсечки;

– вес отходов на угар;

– вес отходов на пробы.

кг

Согласно нормативным данным потери металла (для углеродистой стали), в % от массы всего слитка составляют: ; ; (за первый вынос), (за каждый последующие), ; кг. При ковке дополнительным отходом будет один концевой обруб весом кг.

Процент использования металла слитка составляет:

где 100% - принятый условно вес слитка .

Тогда

Расчетный вес слитка определяется выражением

кг

По номенклатуре слитков (таблица 2), выпускаемых на Нижегородских машиностроительных заводах, наиболее оптимальным является нормальный слиток весом 1200 кг. Из которого в последующем будет выковываться 3 вала.

Таблица 2 - размеры кузнечного слитка

Вес, т	Вес отходов, кг		d1		d2		d3		d4		L0		Lсл		Lк
	прибыль	дон.часть
1,2	255	10		325		455		140		409		1000		1410		100
2	450	15		430		550		200		500		1100		1640		120
3	650	25		500		630		200		580		1300		1800		140
4	750	93		535		570		296		610		1400		1925		145
5	1159	100		593		730		296		570		1535		2096		150

Исходные размеры слитка обеспечивают требуемую величину укова у_общ при протяжке, которая определяется выражением:

у_общ = F₀/F_k,

где F₀(F_k) – начальная (конечная) площадь поперечного сечения слитка;

F₀ = Fк*у = 28040,9*3 = 145146,5 мм²

F_к = (П*D²_п)/4 = (П*189²)/4 = 28040,9 мм²

D₀ = 1.13√Fк*у = 1,13√28040,9*3 = 327,74 мм²

2.3 Расчет технологических переходов ковки

Заготовительные операции: оттяжка цапфы (хвостовика) слитка под клещи манипулятора и биллетировка.

Ковку слитка начинают с оттяжки его хвостовика (цапфы), необходимого для удержания заготовки патроном или клещами манипулятора. Его размер находится в интервале 0,3÷0,5 среднего диаметра слитка. Оттяжку хвостовика производят из прибыльной части слитка. После этого с целью уплотнения металла и повышения пластичности поверхностного слоя слитка обкатываются его грани (операция биллетировки), с величиной единичного обжатия не более 35÷50 мм за проход и подачей не более половины ширины бойка. Обжатия производятся от донной части слитка к прибыли в вырезных бойках. При этом уничтожается конусность слитка, который приобретает форму заготовки с круглым поперечным сечением, диаметр которой равен размеру донной части по впадинам. Расчетные значения показателей технологических переходов оттяжки хвостовика и биллетировки приведены в таблице 3. По окончании биллетировки отрубают донную часть слитка (рубка поддона).

Основные операции: многопереходная протяжка в комбинированных бойках по схеме круг-пластина-квадрат-круг.

Д ля ковки длинных массивных заготовок, таких как вал гребной, применяется «протяжка от себя», когда место обжима отодвигается от места удержания заготовки и ковка начинается с ее середины. В качестве варианта чередования обжатий и кантовок применяется протяжка с кантовкой заготовки в обе стороны (рис.2). Из возможных вариантов схемы переходов протяжки выбрана ковка по схеме круг-пластина-квадрат-круг в комбинированных бойках.

Рисунок 2 – Эскиз чередования обжатий и кантовок при протяжке с кантовкой в обе стороны.

Технологические ограничения на параметры протяжки назначаются из условия соблюдения экономичности процесса, качества прокованного материала и отсутствия дефектов в виде зажимов и трещин, которые имеют значения:

- относительная подача vi под бойки на каждом обжиме

v_i = l_i/H_i = 0.5÷0.7;

- степень деформации εh по высоте за каждый обжим

ε_h = 0,05÷0,3

В случае равенства относительных подач на проходах внутри каждого перехода i, величина укова y_i за переход рассчитывается по формуле:

y_i = F₀/F_i = [(1/(1- ε_h))*(2- ε_h(1+а))/(2- ε_h(1-а))]²,

где а – отношение объема металла, смещенного на каждом обжиме по ширине к объему металла, смещенного по высоте, а=0,42v_i. = 0,7*0,42 = 0,35.

Задаемся ε_h=0,19, v_i.=0,7, тогда

y_i = [(1/(1- 0,19))*(2- 0,19(1+0,35))/(2- 0,19(1-0,35))]²=1,35

Количество переходов n определяется исходя из величины общего укова уобщ по выражению

у_общ = F₀/F_k = y₁ y₂….y_n

или при равенстве величины укова на переходах

у_общ = у_n и n = log _yi y_общ = log _1,35 5,17

y_i ^пер= ³√у_общ

Величина укова при протяжке равна у^общ_П = F₀/Fk, где F_k - площадь поперечного квадратного сечения (338х338) мм протянутой заготовки перед обкаткой на круг диаметром 382 мм. Тогда у^общ_П == 145146,5/28040,9 = 5,17, и количество переходов n при протяжке равно n = log_1.35 5.17 = 4.6 ≈5, а уточненная величина укова у_i за переход имеет значение у_i = 1.36. Уточненная величина укова у_i за проход имеет значение у_{i пр}= √1.35 = 1.16.

После протяжки квадратное сечение (380х380) мм перековывают на круглое с диаметром D_пок = 163±2 мм и отрубают хвостовик.

З авершающие и отделочные операции: термообработка, правка и технический контроль.

Термическая обработка предусматривает получение оптимальной структуры металла с заданными механическими и физико-химическими свойствами.

Для среднеуглеродистой стали с содержанием углерода от 0,3 до 0,5%, из которой получаем поковку вала гребного, принимают нормализацию с высоким отпуском (600…650 ⁰С). Механические свойства по сравнению с закалкой при этом будут несколько ниже, но процесс нормализации более простой, дает меньшую деформацию (коробление), а также способствует исправлению структуры.

При отпуске закаленная сталь нагревается до температуры не выше точки А_Ri и производится выдержка при этой температуре с последующим охлаждением.

После термообработки поковки проходят технический контроль на проверку кривизны. Поковки проверяются в призмах на разметочной плите с помощью рейсмуса и линейки. В случае превышения кривизны 1 мм на один погонный метр поковка подвергается правке в холодном или подогретом состоянии, а далее термообработке в виде отпуска снятия напряжений.

Температура отпуска должна быть ниже (не менее 20⁰) температуры основного отпуска.