книги из ГПНТБ / Кордюков, В. П. Свободная ковка на молотах

пространение в качестве исходного материала имеют углероди­ стая и легированная конструкционные стали, поставляемые в виде слитков и проката.

Слитки

Слитки применяют для ковки средних поковок на тяжелых .

шающее влияние на процесс кристаллизации, качество метал­

выше, чем у обычного. Удлиненный слиток является наиболее экономичным видом заготовок при изготовлении поковок типа валов, осей, дисков и т. д.

Максимальная масса удлиненных слитков составляет 16,5 т. Другие разновидности кузнечных слитков (с малой при­ былью, без прибыли, пустотелые) не получили практического

применения при ковке на молотах.

10

Качество поковок и прежде всего производительность про­ цесса ковки в большой степени зависят от формы и размеров исходного слитка. Значение этого вопроса настолько велико, что вводится практика проектирования технологического про­ цесса крупной ковки, начиная с разработки соответствующего слитка (учитывается наиболее оптимальная форма, кратность массы слитка для изготовления 2—3 поковок, выбор слитка с учетом годного остатка для ковки из него соответствующей поковки и т. п.). Такая практика (вместо подбора слитка после разработки процесса) обеспечивает наибольший эффект в усло­ виях мелкосерийного или серийного изготовления поковок прежде всего благодаря снижению расхода металла (увеличе­ нию выхода годного) и повышению Квт-

В современном машиностроении все большее применение получают сплавы с особыми физическими свойствами. Многие из них имеют высокую прочность при малой пластичности, т. е. являются трудно деформируемыми, с очень малым темпе­ ратурным интервалом обработки давлением (200 и даже 150°С). Чтобы освоить процесс ковки подобных сплавов, необходимо тщательно изучить их свойства как в лабораторных условиях, так и опытной ковкой. Таким путем устанавливают температуру

Современные заводские лаборатории должны быть оборудо­ ваны соответствующими приборами и испытательными маши­ нами, причем для получения механической характеристики сплава следует использовать универсальные испытательные ма­ шины, оснащенные устройствами для испытания образцов в го­ рячем состоянии, с регулируемой скоростью деформирования, что приближает условия испытания к условиям ковки.

Опыт показал, что без подобных исследований получение новых сплавов чрезвычайно усложняется и удлиняется период их освоения, а в ряде случаев большое число дорогостоящих заготовок переводится в брак.

Прокат

Основным видом заготовок для изготовления средних и мел­ ких поковок на молотах является прокат. Существуют различ­ ные виды проката: обжатая болванка (блум), сортовой, про­ фильный и периодический прокат, полосовая, трубная заготовка.

Для свободной ковки преимущественно применяют прокат простого профиля: обжатую болванку, сортовой прокат круглого и квадратного сечений и толстолистовой прокат (или полосы). Обжатая болванка представляет собой квадрат с вогнутыми сторонами и закругленными углами. Размеры обжатых загото­ вок регламентированы ГОСТом 4692—57 (табл. 2).

12

К сортовому прокату относятся:

заготовки стальные квадратные (ГОСТ 4693—57). Основные размеры поставляемых заготовок приведены в табл. 3. Длина прутка зависит от размеров сечения и может достигать 9 м; сталь горячекатаная квадратная (ГОСТ 2591—71) сечением от 5X5 до 200X200 мм при длине поставляемых прутков до Юм; сталь горячекатаная круглая (ГОСТ 2590—71) диаметром

от 5 до 250 мм при длине поставляемых прутков до 10 м. Как слиток, так и прокат имеют некоторые дефекты. Для получения поковок высокого качества необходимо знать о дефектах исход­ ного металла, причинах их возникновения и способах удаления.

К наиболее распространенным дефектам проката относятся трещины, плены, волосовины, ликвация, флокены, заусенцы, закаты, искажение нормальной формы профиля. Следует отме­ тить, что некоторые из перечисленных дефектов проката яв­ ляются наследственными пороками слитка как исходной заго­ товки. Другие дефекты получаются в процессе передела слитка в прокат вследствие несоблюдения термомеханического режима прокатки или неправильной настройки прокатного стана.

Причинами возникновения трещин в прокате могут быть пузыри или трещины в исходном слитке, недостаточная пластич­ ность стали при прокатке, а также температурные напряжения при неправильном нагреве или охлаждении, что имеет весьма существенное значение для легированных сталей, у которых, как правило, малая пластичность сочетается с низкими тепло-

13

Т а б л и ц а 3

Размеры стальных квадратных заготовок в мм

—— 250

физическими характеристиками (коэффициенты тепло- и темпе­ ратуропроводности) .

П л е н ы образуются на поверхности проката из застывших на слитке брызг металла при разливке в изложницы.

В о л о с о в и н ы , представляющие собой мелкие тонкие тре­ щины, вытянутые вдоль оси прокатки; образуются из подкорко­ вых пузырей, усадочных трещин и неметаллических включений

женные в осевой части проката и отчетливо различаемые на изломе в виде белых пятен или хлопьев. Это своеобразные раз­ рывы, образующиеся при выделении водорода, растворенного в стали при высокой температуре. Флокены, являясь концентра­ торами напряжений, недопустимы в деталях, работающих

вусловиях знакопеременных нагрузок.

Кдефектам, появляющимся вследствие нарушения техноло­ гического процесса, относятся заусенцы (рис. 2, а), закаты

14

(рис. 2, б) , представляющие собой закатанные заусенцы, и иска­ женное сечение проката (рис. 2, в).

Отмеченные дефекты должны быть, по возможности, обна­ ружены в исходной заготовке (прокате) и удалены механи­ ческим или огневым способом. В противном случае они могут быть причиной окончательного брака при изготовлении поковок. При выборе способа удаления дефектов необходимо учитывать

проката с ужесточенными допусками прокат одного и того же профиля сортируют по величинам допуска (плюсовые и минусо­ вые) ; калибруют профиль с помощью волочильных станов,

•которые устанавливают с этой целью в кузнечных цехах.

В кузнечных цехах машиностроительных заводов в сравни­ тельно больших количествах куют всевозможные плиты, осно­ вания к приспособлениям и др. по заказам инструментальных служб заводов. Опыт заводов показал, что если к поковкам не предъявляются особые требования, то целесообразно использо­ вать соответствующие заготовки, вырезанные газовым резаком из листов и полос.

Разделка металла на заготовки

Разделка металла на мерные заготовки производится раз­ личными способами в зависимости от требований, предъявляе­ мых к заготовкам, марки материала, серийности производства с учетом имеющегося оборудования заготовительного отделе­ ния цеха и его технико-экономических возможностей.

Рубка нагретого металла на молоте или прессе не обеспечи­ вает необходимой точности заготовок и качества разделки, имеет низкие технико-экономические показатели. При этом спо­ собе требуется тщательное соблюдение техники безопасности.

15

Рубка как технологическая операция, применяемая для отделе­ ния прибыльной и донной частей в процессе изготовления по­ ковки из слитка, рассматривается в гл. 4.

Резка на ножницах — наиболее экономичный, производитель­ ный, а потому и самый распространенный способ разделки прут­ ков на заготовки. Ножницы бывают кривошипные, эксцентри­ ковые и кулачковые. Согласно ГОСТу 8248—67, который уста­ навливает основные параметры и размеры выпускаемых криво­ шипных ножниц, при номинальном усилии 1600 тс (16 Мн) мож­ но резать прутки диаметром 250 мм или стороной квадрата 220 мм. Следует отметить, что максимальное сечение разрезае­ мого прутка для ножниц определенного типоразмера указано’ исходя из среднего значения предела прочности при растяже­ нии сгв = 45 кгс/мм2.

Если прочность стали иная, то для определения максималь­ ного сечения разрезаемого прутка необходимо сделать соответст­ вующий пересчет. Для снижения потребного усилия резки, уве­ личения стойкости инструмента (ножей), а также для повыше­ ния качества отрезаемых заготовок (устранение торцовых трещин) применяют предварительный подогрев до температуры 450—650° С в зависимости от марки стали. В этом случае при расчете усилия в формулу подставляют предел прочности стали при соответствующей температуре подогрева. Подогрев особенно необходим при резке неотожженных, высокоуглеродистых и легированных сталей, в противном случае возможно образова­ ние торцовых трещин. Допуск на длину отрезаемой на ножницах заготовки зависит от ее размеров и колеблется в пределах от ±1,0 до ±5,0 мм.

При несоблюдении установленных режимов резки заготовок на ножницах возможны следующие виды брака: торцовые тре­ щины, утяжка, заусенцы, косой срез, вырыв и т. д.

Ломка на хладноломах применяется для разделки на мерные заготовки прутков диаметром от 70 мм и выше. Сущность про­ цесса состоит в следующем. Пруток предварительно размечают на отрезки необходимой длины. В местах разметки механиче­ ским (пилами) или огневым (газовыми резаками) способами делают надрез, представляющий собой концентратор напряже­ ний. При воздействии нагрузки заготовка почти мгновенно разрушается в том месте, где находился надрез (рис. 3). Вели­ чина рабочего хода при этом составляет 5—10% от диаметра или стороны квадрата прутка. Точность л'омки на хладноломе от ±1,0 до ±3,0 мм. Большое влияние на качество и точность ломки оказывает форма и размеры надреза, способ его получе­ ния, марка стали.

Глубину надреза рассчитывают по формуле

16

Ширина надреза b зависит, как правило, от способа его по­ лучения. Ширина надреза, полученного газовым резаком, равна 5—8 мм; ширина надреза, полученного пилой или другим меха­

честву излома (торцу) можно контролировать металл (выявлять раковины, трещины и др.). Недостатки данного способа: необ­ ходимость предварительной разметки и получения надреза, со­ блюдение особой осторожности при выполнении операции.

Газопламенная резка, осуществляемая специальными реза­ ками за счет создания высокой температуры в зоне резки, обес­ печивает точность разделки от ±1,0 до ±3,0 мм. Для данного способа разделки не требуется мощного стационарного обору­ дования. При резке не образуются острые кромки, которые могут привести к заковке. Однако производительность ручной резки невелика, а потери металла при разделке — значительны.

Для получения заготовок с повышенной точностью по длине (преимущественно для штамповки) применяют различные спо­ собы разделки: резка пилами (точность от ±0,25 до ±0,75 мм), электроискровая резка (точность от ±0,1 до ±0,25 мм), анодно­ механическая резка (точность от ±0,1 до ±0,50 мм) и т. д.

При точной ковке (с высоким значением Кю) разделка (рас­ крой) металла на заготовки приобретает все большее значение.

Рубку проката на молотах с помощью топоров стремятся полностью исключить, применяя для этой цели пресс-ножницы или хладноломы. Современные установки хладноломов механи­ зированы с помощью рольгангов для подачи металла и отвода мерных заготовок в специальную тару.

Правильно выбранная техника и технология разделки ме­ талла на заготовки в большой степени улучшают организацию производства на рабочих местах кузнецов, повышая производи­ тельность труда и облегчая труд ууштетнта^()йгЩ Г~"|

Г л а в а 2

НАГРЕВ МЕТАЛЛА

Нагрев является неотъемлемой частью технологического про­ цесса горячей обработки давлением и служит для повышения пластичности и снижения сопротивления металла его деформи­ рованию. При правильном нагреве способность металлического тела изменять первоначальную форму и размеры без разруше­ ния (без образования трещин) под действием внешних сил повышается; металл становится более податливым к деформи­ рованию и ковка осуществляется более интенсивно.

Нагрев является сложным процессом, который подчиняется определенным теплотехническим закономерностям. От соблюде­ ния параметров нагрева во многом зависит качество, точность и себестоимость поковок.

Тепловое состояние металла оказывает существенное влияние на процессы, происходящие в нем при пластическом деформи­ ровании. Управляя этими процессами, можно получать необхо­ димые механические свойства поковок.

Влияние температуры на процесс пластической деформации

В основе всех способов обработки металлов давлением (в том числе и ковки) лежит процесс пластической деформации. Под действием внешней нагрузки твердое тело изменяет свою перво­ начальную форму и размеры (деформируется). Если после сня­ тия нагрузки деформация исчезает, а твердое тело полностью восстанавливает исходную форму и размеры, то такая дефор­ мация называется упругой или исчезающей. Если же после сня­ тия нагрузки форма и размеры твердого тела полностью не восстанавливаются, деформация называется пластической или остаточной.

Полная деформация при обработке металлов давлением состоит из упругой и пластической. Пластическая дефор­ мация возникает после упругой при определенной величине внешней нагрузки, вызывающей в твердом теле напряжения, превышающие предел текучести для данного материала и усло­ вий деформирования.

58

Пластическая деформация при определенных условиях деформирования (температура, скорость и степень деформации) приводит к значительному изменению' механических и физико­ химических свойств металла.

В зависимости от температурных условий деформации в ме­ талле происходят одновременно упрочняющие (наклеп) и разупрочняющие (возврат и рекристаллизация) процессы. Данные процессы происходят с определенной скоростью, зависящей от условий деформации и природы деформируемого металла. Преобладающий процесс оказывает ре­ шающее влияние на результат деформа­ ции и определяет вид пластической де­ формации.

Различают холодную, неполную хо­ лодную, горячую и неполную горячую деформации.

Холодная деформация сопровождает­ ся упрочнением (наклепом), представ­ ляющим собой совокупность явлений, связанных с изменением механических, физических и химических свойств метал­ ла. С увеличением степени деформации увеличиваются характеристики прочно­

сти: пределы упругости, пропорциональности, текучести и проч­ ности, а также твердость. Упрочнение представлено кривыми упрочнения для каждого металла применительно к конкретным температурно-скоростным условиям деформирования (рис. 4).

Наряду с увеличением показателей прочности при холодной деформации уменьшаются показатели пластичности: относитель­ ное удлинение и относительное сужение при растяжении, удар­ ная вязкость. Пластичность, характеризующая способность твердого тела остаточно деформироваться без разрушения, является состоянием, а не свойством материала, так как зави­ сит от условий деформирования. Например, с увеличением тем­ пературы пластичность стали одной и той же марки повышается.

С увеличением степени деформации теплопроводность, электропроводность и сопротивление коррозии уменьшаются.

Одновременно с упрочнением при холодной деформации наблюдается вытягивание зерен в направлении наиболее ин­ тенсивного течения металла. Так, при осадке зерна вытягива­ ются в плоскости, перпендикулярной действующему усилию. Та­ кая ориентировка вытянутых зерен в определенном направлении

19