4. Выбор температурных режимов ковки
Для предупреждения появления трещин, короблений от внутренних напряжений, охлаждение заготовок и поковок, особенно крупных или из высоколегированных и высокоуглеродистых сталей, сплавов, ведут регламентирование в печах, колодцах, в малотеплопроводных средах. Поковки из углеродистых и низколегированных сталей при размерах менее 300 мм можно охлаждать на воздухе иди в слое песка.
Горячая обработка давлением (и ковка) металлов и сплавов оптимально должна выполняться в определенном для каждого сплава интервале температур: при недогреве увеличиваются энергозатраты и потребная мощность (усилия) деформирования из-за повышенной прочности (σBt), пониженной пластичности (δ) (см. табл. 4), появления наклепа и даже трещин.
Перегрев (пережог) ведет к увеличению зерна и снижению механических свойств металла в конечном изделии; иногда пережог ведет к развитию газовой коррозии и разрушению металла.
Оптимальные режимы нагревов под ковку (начале Тн, и конца ковки Тв) выбирают по диаграммам состояния сплава: так для углеродистых сталей по графику рис. 5. Для некоторых сталей, цветных сплавов рекомендуемые температурные интервалы ковки приведены в табл.5.
Рис. 5
5. Расчет усилий, работы, энергии деформации, удара, веса падающих частей
Усилие деформации ковки определяют в общем случае по формуле:
,
кг; кН; (2)
где соответственно p и F – удельное давление (кг/мм2) и площадь контакта (мм2; м2) инструмента с заготовкой.
Для осадки заготовок вида правильной призмы или цилиндра с диаметром d вписанной окружности и высотой l после осадки, коэффициентом трения контакта f из металла с пределом прочности σBt при температуре ковки принимают:
а) для
и
,
7)
б) для f = 0 и любого d/l или f ≠ C и d : l ≤ 1
(4)
Для процесса вытяжки принимают подачу вытяжки равной 0,6 – 0,7 ширины бойка инструмента и l0 : l = 1 ÷ 2 или l0 : d (для круглых поковок):
а) при вытяжке плоскими бойками принимают
,
(5)
б) при вытяжке под вырезными бойками принимают
,
(6)
в) при вытяжке в вырезных бойках заготовки с вставленной оправкой принимают
,
(7)
здесь
,
Д
и d
– диаметры вписанных окружностей
сечений заготовки и оправки.
При вытяжке сечение
F
принимают равным проекции контакта
(для случаев а и б).
Для операции прошивки усилие Р берут по (2):
а) для открытой прошивки (без оправки)
,
(8)
б) для закрытой прошивки (в кольцевой оправке)
,
(9)
при Д : d > 6 в обоих случаях берут:
,
(10)
Работа деформации ковки для малых (докритических) относительных деформаций [e] = 0,02 ÷ 0,06 вычисляется приближенно
кГм, кДж
(11)
здесь V – объем заготовки, см3; ψс – коэффициент учета скорости удара, берется по соотношению абсолютных температур процесса деформирования ТД и плавления металла Тпл; для ТД : Тпл = 0,5 ÷ 0,7 берут ψс = 1,75 ÷ 2,5; для ТД : Тпл > 0,7 берут ψс = 2,5 ÷ 3,5.
Энергию удара молота с учетом потерь ее на сотрясение молота, фундамента, шабота, на упругую деформацию системы принимают равной:
Е = 1,25 · А, кГм, кДж. (12)
Для современных ковочных молотов по ГОСТ 9752-75 вес падающей части молота принимают равным:
G = 0,4 · Е, кГ (13)
Пример: Определить вес падающей части молота для операции осадки цилиндрической заготовки Д0 = 300 мм, l0 = 150 мм на стали 40 на высоту l = 100 мм.
Диаметр после осадки (без учета бочкообразности)
мм
Объем заготовки V – 0,785 · 3002 · 150 · 10-9 = 0,0354 м3.
Выбираем температуру осадки ТД2 = 1200°С, при которой для стали 40 предел прочности равен σBt = 2,1 кГ/мм2 (21 мн/м2). По формуле (3), так как Д0 : l0 = 300 : 150 = -, находим:
кГ/мм2;
15,87 Мпа.
Выбираем степень деформации при последнем ударе [e] = 0,05. Работу деформирования находим по (11) при ψС = 3, так как имеем соотношение ТД : Тпл = 1473 : 1675 = 0,86. Тогда Ап = 1,587·10,6·106·0,05·10-3 = 2520 кГм.
Потребная энергия удара Е = 1,25·2520 = 3150 кГм.
Вес падающих частей по (13) равен G = 0,4·3150 = 1260 кГ.
Таким образом, для выполнения ковочной осадки исходной заготовки по заданным условиям и свойствам материала нам требуется применить молот с весом падающих частей примерно 1000-15000 кГ и энергией удара порядка 3000-35000 кГм (300-350 кДн).