32

ВСТУП

У найпростішому поданні кування є процесом металообробки тиском з використанням універсальних інструментів та обладнання зворотньо-поступального періодичної дії. Кування - складний процес, оскільки зазвичай складається з ряду послідовно чергуючихся самостійних операцій, в загальному випадку супроводжуються поздовжніми переміщеннями і поворотами заготовки навколо осі.

Технологія кування володіє рядом значних переваг, завдяки яким цей процес протягом багатьох століть залишається в числі передових.

Головна перевага ковки складається с неперевершеної і єдиної можливості обробляти тиском великі злитки стали , маса яких обчислюється десятками і сотнями тонн. Не менше за значимістю перевага ковки полягає в можливості не тільки надавати поковці задану форму і покращувати структуру і механічні властивості оброблюваного металу , а й виправляти (цілком або у великій мірі) дефекти литого металу. Це особливо важливо для великих злитків , які відрізняються великою кількістю бульбашок , полон і інших несплошностей , а також підвищеною зональної ліквацією.

Тільки куванням виготовляють великі поковки для роторів і дисків турбін, котлів високого тиску, гарматних стволів, колон гідравлічних пресів, валків блюмінгів та інші великогабаритні, важкі поковки відповідального призначення, деталі з яких працюють при динамічному знакоперемінному важкому напруженні.

Процес кування складається з декількох етапів: нагрівання металу; вчинення ковальських операцій (як правило, на одному пресі або молоті); первинної термічної обробки поковки (отжиг, нормалізація і т. п.); контролю якості поковок.Для поковок простої форми число ковальських операцій невелика і процес кування відбувається після одного нагріву заготовки (за одне винесення з печі). Більш складні поковки вимагають збільшеного числа операцій, серед яких однойменні можуть повторюватись два і більше разів [1].

1. ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ВИРОБНИЦТВА ПОКОВКИ ВАЛА – ШЕСТЕРНІ ПРОМІЖНОГО

1. Аналіз технологічних схем виробництва поковки вала – шестерні проміжного

Виробництво поковки вала – шестерні проміжного можна реалізувати куванням на молотах або пресах. Також використовується різний технологічний інструмент для полегшення виготовлення поковок різної форми та економії часу. Куванням можна отримати поковки масою приблизно до 250 т відносно простої форми, часто с напусками для спрощення форми порівняно з готовою деталлю.

Максимальні припуски і допуски назначаються на поковки на молотах згідно ГОСТ 7829 – 70 “Поковки із вуглецевих і легованих сталей, які виготовляються куванням на молотах”. Цей стандарт поширюється на поковки загального призначення, що виготовляються з вуглецевої і легованої сталі куванням на молотах при одиничному і дрібносерійного виробництві, і встановлює величину припусків на механічну обробку різанням, величину граничних відхилень на номінальні розміри поковки, а також величину і умови призначення напусків для поковок [2]. На поковки які виготовляються на пресах припуски і допуски назначаються згідно ГОСТ 7062 – 90 “Поковки із вуглецевих і легованих сталей, які виготовляються куванням на пресах”. Цей стандарт поширюється на поковки загального призначення масою до 130 т з вуглецевої і легованої сталі (сумарний вміст легуючих елементів до 10%, крім вуглецю), що виготовляються куванням на пресах, і встановлює величину припусків на механічну обробку, допусків на номінальні розміри поковок, величину напусків для поковок [3].

Кування на молотах та пресах застосовуеться у штучному та дрібносерійному виробництві.

Для реалізації процесу кування на молоті або пресі можна використовувати таке устаткування як: пароповітряні кувальні молоти

подвійної дії з масою падаючих частин 1 – 8 т; пневматичні кувальні молоти з масою падаючих частин 75 – 1000 кг; гідравлічні кувальні преси з зусиллям 500 – 15000 т і більше.

2. Вимоги до вихідної заготовки і поковки вала – шестерні проміжного

Вимоги до вихідної заготовки викладені у ГОСТ 2591 – 88 “Прокат сталевий гарячекатаний квадратний”.

1. Цей стандарт поширюється на сталевий гарячекатаний прокат квадратного перетину з розміром сторін від 6 до 200 мм включно. Прокат розміром більше 200 мм виготовляють за погодженням виробника зі споживачем.

2. За точністю прокат виготовляють:

Б - підвищеної точності;

В - звичайної точності.

3. Сторони квадратного прокату, граничні відхилення по них, площа поперечного перерізу і маса 1 м прокату повинні відповідати вказаним на кресленні і в таблиці 1 данного стандарту.

4. На вимогу споживача прокат квадратного перетину виготовляють з плюсовими відхиленнями, зазначеними в таблиці 2 данного стандарту.

5. На вимогу споживача прокат виготовляють згідно з таблицею 3.

6. Різниця діагоналей в одному перерізі не повинна перевищувати подвоєною суми граничних відхилень по стороні квадрата до 20 мм включно , понад 20 мм - суми граничних відхилень по стороні квадрата.

За погодженням виробника зі споживачем різниця діагоналей не повинна перевищувати 70 % суми граничних відхилень по стороні квадрата високої точності прокатки до 35 мм включно , звичайної точності - до 60 мм включно.

7 . Прокат виготовляють в прутках . За погодженням виробника зі споживачем прокат зі стороною квадрата до 14 мм включно виготовляють у мотках .

8 . Відповідно до замовлення прутки виготовляють:

• мірної довжини;

• кратної мірної довжини;

• немірної довжини.

9 . Прокат виготовляють довжиною :

• від 2 до 12 м - з вуглецевої звичайної якості і низьколегованої сталі;

• від 2 до 6 м - з якісної вуглецевої і легованої сталі;

• від 1,5 до 6 м - з високолегованої сталі.

10 . Граничні відхилення по довжині прокату мірної довжини або кратної мірної довжини не повинні перевищувати:

• +30 мм - при довжині до 4 м включ. ;

• +50 мм - при довжині св. 4 до 6 м включ ;

• +70 мм - при довжині понад 6 м.

На вимогу споживача граничні відхилення не повинні перевищувати:

• +40 мм - для прокату довжиною св. 4 до 7 м;

• +5 мм на кожен метр довжини - понад 7 м.

11. Притуплення кутів квадратного прокату не повинно перевищувати значень, зазначених у таблиці 4 данного стандарту.

На вимогу споживача притуплення кутів квадратного прокату зі стороною понад 50 до 100 мм не повинно перевищувати 3 мм, понад 100 до 150 мм - 4 мм.

Для прокату зі стороною квадрата до 50 мм з легованих і високолегованих марок сталі притуплення кутів не повинно перевищувати 0,15 сторони квадрата.

12. Кривизна прутків квадратного прокату не повинна перевищувати значень, зазначених у таблиці 5 данного стандарту.

13 . На вимогу споживача кривизна прутків квадратного прокату не повинна перевищувати 0,2 % довжини.

14. Кривизну прокату вимірюють на довжині не менше 1 м на відстані не менше 150 мм від кінців.

15. Скручування квадратного прокату не повинно перевищувати твори 4 град / м на довжину профілю в метрах , але не більше 24 град при стороні до 14 мм; понад 14 мм до 50 мм включно - 3 град / м на довжину профілю в метрах , але не більше 18 град , понад 50 мм - 3 град / м на довжину профілю в метрах , але не більше 15 град.

16. Сторони і різниця діагоналей, притуплення кутів вимірюють на відстані не менше 150 мм від кінця прутка і не менше 1,5 м від кінця мотка при масі до 250 кг і на відстані не менше 3,0 м при масі мотка понад 250 кг [4].

Вимоги до поковки регламентовані ГОСТ 8479 – 70 “Поковки з конструкційної вуглецевої та легованої сталі”.

1. Поковки повинні виготовлятися відповідно до вимог даного стандарту за кресленнями, затвердженими в установленому порядку, та нормативно-технічної документації на конкретну продукцію. Поковки за видами випробувань поділяються на групи , зазначені в таблиці 1 данного стандарту.

2. Віднесення поковки до тієї чи іншої групи проводиться споживачем, номер групи вказується в технічних вимогах на кресленні деталі.

3. На вимогу споживача здача поковок повинна проводитися з додатковими видами випробувань, не передбаченими цим стандартом (перевірка на флокени, проба по Бауману, ультразвукової та перископний контроль, визначення величини залишкових напружень, межі текучості при робочих температурах, визначення ударної в'язкості при робочих і негативних температурах, макро- і мікроаналіз структури стали, проба на загин, визначення величини зерна та ін.). У цьому випадку поковки також відносяться до однієї з груп: II , III , IV і V відповідно до таблиці 1 данного стандарту.

Вид, обсяг, норми і методи додаткових випробувань вказуються в кресленні поковки або замовленні.

4. (Виключено, Змін. № 2).

5. Вихідним матеріалом для виготовлення поковок можуть служити злитки, обтиснуті болванки ( Блюмси ), ковані або катані заготовки, а також заготовки з установок безперервного розливання сталі ( УНРС ) і різні види прокату.

6. Поковки виготовляються з вуглецевої, низьколегованої і легованої сталі і за хімічним складом повинні відповідати вимогам ГОСТ 380-88, ГОСТ 1050-74, ГОСТ 19281-73, ГОСТ 4543-71 та іншим чинним стандартам або технічним умовам.

Рекомендовані марки сталі в залежності від діаметра ( товщини) поковок і необхідної категорії міцності після остаточної термічної обробки наведені у додатку данного стандарту.

7. Розміри поковок повинні враховувати припуски на механічну обробку, допуски на розміри і технологічні напуски для поковок, виготовлених куванням на пресах по ГОСТ 7062-79, виготовлених куванням на молотах по ГОСТ 7829-70 і виготовлених гарячої штампуванням за ГОСТ 7505-74, а також напуски на проби для контрольних випробувань.

Допускається для поковок масою понад 100 т, виготовлених куванням на пресах, припуски і напуски встановлювати в нормативно-технічної документації на конкретну поковку.

8. (Виключено, Змін. № 1).

9. За механічними властивостями поковки, що поставляються після остаточної термічної обробки, поділяються на категорії міцності. Категорії міцності, відповідні їм норми механічних властивостей, що визначаються при випробуванні на поздовжніх зразках, і норми твердості наведено в таблиці 2 .

Норми твердості для поковок II і III груп і категорії міцності для поковок IV і V груп встановлюються за згодою виробника зі споживачем. Марка сталі встановлюється за згодою виробника зі споживачем і вказується на кресленні деталі і поковки.

На вимогу споживача тимчасовий опір повинен бути вище зазначеної в таблиці 2 данного стандарту для заданої категорії міцності, не більше:

120 МПа ( 12 кгс/мм2) при необхідному sв менше 600 МПа ( 60 кгс/мм2) ,

150 МПа ( 15 кгс/мм2) при необхідному sв 600-900 МПа (60-90 кгс/мм2) ,

200 МПа ( 20 кгс/мм2) при необхідному sв більше 900 МПа ( 90 кгс/мм2) .

10. За погодженням виробника зі споживачем для поковок IV і V груп можуть бути призначені підвищені норми пластичних властивостей і ударної в'язкості в порівнянні з вказаними в таблиці 2 данного стандарту. У цьому випадку при категорії міцності ставиться додатково буква С (спеціальні), а на кресленні поковки записуються необхідні характеристики.

11. При визначенні механічних властивостей поковок на поперечних, тангенціальних або радіальних зразках допускається зниження норм механічних властивостей порівняно з наведеними в таблиці 2 данного стандарту на величини, зазначені в таблиці 3 данного стандарту.

13. На поверхні поковок не повинно бути тріщин, заковів, полон, пісочин.

На необроблюваних поверхнях поковок допускаються вм'ятини від окалини та забоіни, а також полога вирубка або зачистка дефектів за умови, що глибина зазначених дефектів не виходить за межі найменших допустимих розмірів поковок по ГОСТ 7062 - 79 або по нормативно - технічнічній документації - для поковок масою понад 100 т.

На поверхнях поковок, що піддаються карбуванні, дефекти не допускаються.

На оброблюваних поверхнях поковок допускаються окремі дефекти без видалення, якщо глибина їх, обумовлена контрольною вирубкою або зачисткою, не перевищує 75 % фактичного одностороннього припуску на механічну обробку для поковок, виготовлених куванням, і 50 % для поковок, виготовлених штампуванням.

14. На поковках з вуглецевої і низьковуглецевої сталі при глибині поверхневих дефектів, що перевищують фактичний односторонній припуск на механічну обробку, допускається видалення дефектів пологої вирубкою з подальшою заваркою.

Допустима глибина заварки повинна бути узгоджена із споживачем.

15. Поковки не повинні мати флокенов, тріщин, усадочною пухкості, відсутність яких гарантується підприємством - виробником.

Поковки, в яких виявлено вищевказані дефекти, бракуються, а всі інші поковки даної партії можуть бути визнані придатними тільки після індивідуального контролю.

14; 15. (Змінена редакція , Змін. № 1).

16. Режим термічної обробки встановлюється підприємством-виробником.

Поковки піддаються термічній обробці в чорновому вигляді і (або) після попередньої механічної обробки ( обдирання, рассверловкі та ін.). Допускається за узгодженням виготовлювача зі споживачем поковки піддавати тільки попередньої термічної обробки. Поковки групи I допускається не піддавати термічній обробці.

17. Поковки, що минули після термічної обробки правку в холодному або підігрітому стані, повинні бути піддані відпуску для зняття внутрішніх напружень.

Поковки груп I, II і III можуть поставлятися без наступного відпуску при гарантії підприємством - виробником необхідних властивостей після правки.

18. За угодою сторін поковки піддаються очищенню від окалини.

Спосіб очищення обумовлюється в кресленні або умовами замовлення.

19. (Виключено, Змін. № 1).

20. Маса поковок, що визначається за ГОСТ 7062 - 79, не повинна перевищувати розрахункової маси, визначеної за найбільшим розмірами поковки (з урахуванням плюсового відхилення для зовнішніх розмірів і мінусового - для внутрішніх розмірів і порожнин) [5].

2. РОЗРАХУНОК ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ВИРОБНИЦТВА ПОКОВКИ ВАЛА – ШЕСТЕРНІ ПРОМІЖНОГО

1. Складання креслення поковки вала – шестерні проміжного

Розробляємо креслення поковки згідно з ГОСТ 7829 – 70.

Форма і співвідношення розмірів поковок, на які поширюється даний стандарт, вказані у таблиці 1 данного стандарту. По ній я визначив, що моя деталь вал – шестерня проміжний відноситься до типу поковок – круглого перетину з уступами.

Величини припусків, встановлені цим стандартом, слід призначати на номінальні розміри деталі з розрахунку механічної обробки поковок з двох сторін.

Граничні відхилення встановлюються на номінальні розміри поковок.

Для необроблюваних поверхонь деталей припуск не слід призначати, а величину граничних відхилень слід визначати за таблицями цього стандарту в залежності від типу і розмірів поковок.

Для деталей, оброблюваних з одного боку, величину припуску приймати з коефіцієнтом 0,5 від табличного значення. Величини граничних відхилень при цьому слід приймати рівними табличним значенням.

Припуски і граничні відхилення, регламентовані цим стандартом, встановлені для випадку виготовлення поковок з прокатної сталі або обідраного злитка. При куванні з неободранного злитка допускається збільшення припуску на величину не більше 20% від табличних значень припусків.

За погодженням між виробником і споживачем можливо посилення припусків, граничних відхилень і напусків.

Допускається округляти розрахункові номінальні розміри поковки до найближчих цілих чисел в більшу сторону.

Обсяг і вага поковок визначати, виходячи з їх номінальних розмірів з урахуванням напусків на скоси між уступами, на скіс відруби, на сферу і на конусність отвору.

Скоси від відрубок поковок повинні бути без задирок і не повинні перешкоджати центрівці.

Припуски і граничні відхилення для поковок круглого і квадратного перерізів з уступами призначаються основні та додаткові.

Основні припуски і граничні відхилення слід призначати згідно з рисунку 2.1.1, таблиці 2 данного стандарту і наступними вимогами:

• припуск d і відхилення на діаметр і розмір перетину призначають по таблиці 2 данного стандарту залежно від загальної довжини деталі L і діаметра D або розміру розглянутого перерізу;

• припуск d на загальну довжину деталі приймають рівним 2,5 припуску на діаметр або розмір виступу найбільшого перетину;

• граничні відхилення на загальну довжину деталі приймають рівними 2,5 відхилень на діаметр або розмір виступу найбільшого перетину;

• припуски d на довжину уступів і виступів приймають кратними припуску на діаметр або розмір виступу найбільшого перетину згідно рисунку 2.1.1. При цьому довжину уступів і виямок на кресленні поковки вказують від єдиної бази. За базу приймають торець виступу найбільшого перетину , який не є торцем поковки;

• граничні відхилення на довжину уступів і виступів приймають рівними 1,5 відхилень на діаметр або розмір виступу найбільшого перетину згідно рисунку 2.1.1;

• якщо довжина між зарубками перед куванням виїмки менше ширини бойка, то допускається збільшення припуску і граничних відхилень на 10 % проти значень таблиці 2 данного стандарту.

Додатковий припуск S слід призначати по таблиці 3 данного стандарту на діаметри всіх перерізів, крім основного, залежно від різниці діаметрів найбільшого і розглянутого перетинів деталі, з призначеними на неї основними припусками.

Здійснимість на поковках кінцевих і проміжних уступів, виїмок, фланців і буртів перевіряють після призначення основних і додаткових припусків відповідно до таблиці 4 данного стандарту [2].

Рисунок 2.1.1 - Назначення припусків і допусків на поковку круглого перетину з уступами.

2. Визначення розмірів вихідної заготовки

Визначення розмірів вихідної заготовки полягає у вичисленні геометричних розмірів, об’єму та маси заготовки.

Визначимо масу заготовки:

, (2.2.1)

де -масса поковки,кг;

– маса угару, кг;

– масса укосу з одного боку, кг.

Розрахуємо масу поковки:

, (2.2.2)

де , , - площі уступів, ;

, , – довжини уступів, м;

– щільність сталі, кг/ .

Обчислемо масу угара, яка складає 3,5 % від маси поковки:

, (2.2.3)

кг

Далі розрахуємо масу укосу з одного боку [6]:

, (2.2.4)

кг

кг

Для сортового прокату приймемо величену укова як мінімально можливу, тобто рівну 2. Розрахуємо розміри заготовки:

де – максимальний діаметр поковки, мм;

У – уков;

a- сторона квадрата,мм.

де – об’єм заготовки, ;

- площа заготовки, .

Нашою вихідною заготовкою буде квадратний прокат зі стороною 240 мм та довжиною 208 мм.

3. Вибір температурного інтервалудеформації і режимів нагріву заготовки

Температурний інтервал кування є одним з основних термомеханических параметрів, без знання якого неможлива розробка технологічного процесу кування. Під терміном «температурний інтервал кування» мається на увазі максимальна температура нагрівання металу в печі і температура закінчення кування поковки. Температурний інтервал кування має верхній і нижній межі. Для однієї і тієї ж сталі (сплаву) температурні інтервали кування і штампування можуть мати різні значення.

Температурний інтервал ковки залежить від хімічного складу сталі (сплаву), металургійної технології, структури (лита або деформована), швидкості деформування(молот, прес), ступеня деформації (дробова або одинична, приватна і сумарна), схеми напруженого стану (осадка, протягання, отрубка) і маси поковки.

Для протягання, де переважають розтягуючі напруження, температура нагріву повинна бути вище, ніж для осадки, де переважають стискаючі напруги. Маса поковки впливає на збереження температури металу і на тепловий ефект.

Слід розрізняти допустимий і раціональний температурні інтервали кування. Допустимий інтервал є універсальною характеристикою даної сталі (сплаву) для обробки тиском. Він не залежить від розмірів і форми поковки, процесу, операції, обладнання та ін. Допустимий температурний інтервал кування встановлюють за результатами дослідження на зразках механічних властивостей (пластичності, опору деформації і зміцнення), а також рекристалізації (первинної, збиральної і вторинної) металу, що підлягає деформації. Раціональний інтервал встановлюють на основі допустимого інтервалу і досвіду освоєння технологічного процесу виготовлення конкретної поковки в конкретних умовах даного ковальського цеху (ковальсько -пресове, обладнання, піч, відстань від печі до машини, інструмент і т, п.) і подальшої термічної обробки з урахуванням вимог до металу поковки по ТУ.

Температурний інтервал кування для заготовки із сталі 35ХМ представлений у таблиці 2.3.1.

Таблиця 2.3.1 - Температурний інтервал кування

Сталь	Максимальна температура нагрівання металу перед куванням		Мінімальна температура закінчення кування
			Інтенсивне обтиснення			Проглажування
	Злиток	Заготовка		Злиток	Заготовка	Злиток	Заготовка
35ХМ	1220	1260		800	800	700	760

При розробці технологічного процесу та освоєнні ковки конкретної поковки із заданої сталі по допустимому температурному інтервалу кування встановлюють раціональний температурний інтервал ковки. Ці два параметри можуть різнитися між собою. Раціональний враховує і відображає конкретні умови даного ковальського цеху, форму і розміри даної поковки, прийнятий технологічний процес, режим подальшої термічної обробки та вимоги ТУ на поковку.

При нагріванні сталевих злитків і заготовок під ковку і штампування мають бути забезпечені необхідна температура, рівномірний розподіл температури по поверхні і по перерізу, мінімальне окислення і зневуглецювання поверхні, збереження цілісності нагрівається матеріалу, тобто відсутність мікро - і макротріщин. Розрізняють технічно можливу і допустиму швидкість нагріву.Тривалість нагріву заготовки представлена у таблиці 2.3.2.

Таблиця 2.3.2 - Тривалість (год) нагріву холодних сталевих заготовок до кувальної температури в полум'яних печах

Розмір перетину, мм	Температура печі при посадці,	Витримка при температурі посадки	Нагрів до температури кування	Витримка при температурі кування	Загальна
Середньовуглецеві і леговані
201 - 250	1150	0,5	1,5	0,5	2,5

За технологічним призначенням полум'яні печі, які використовуються в ковальсько - штампувальному виробництві, можна також розділити на печі для нагрівання під кування і первинну термообробку і на печі для нагрівання під об'ємне штампування.

Типи печей, які застосовуються для нагрівання заготовок під кування поковок і первинну термообробку, а також умови їх застосування наведені в таблиці 2.3.3 [7].

Таблиця 2.3.3 – Типи полум'яних печей під кування і первичну термообробку, а також область їх застосування

Печі	Область застосування	Використання тепла газів які відходять
Щелинні одно- і двухкамерні	В двухкамерних печах можливий нагрів з підігрівом, особливо при нагріві легованих і високолегованих сталей	Рекуператор панельного типу

Для моєї заготовки квадратного перетину, невеликої за розмірами і масою, вибір щелинної двухкамерної ковальської печі буде найбільш раціональним. Нижче приведено рисунок данної печі.

Рисунок 2.3.1 – Двухкамерна ковальська піч щелинного типу