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

измельчения крупнозернистой структуры исходной (литой) заготовки и заваривания внутренних дефектов;

повышения механических свойств металла в осевом направ­ лении.

При изготовлении поковок с удлиненной осью (валы гладкие, ступенчатые, тяги, шатуны) вытяжка является основной формо­ образующей операцией в технологическом процессе.

Изменение площади поперечного сечения выражается коэф­ фициентом укова, характеризующим интенсивность проковки ме­

В I — диаметр, высота и ширина поковки.

Если учесть, что объем металла до и после деформации оста­ ется неизменным, то:

для круглых заготовок

Di

Df и

для прямоугольных заготовок

Kv

Я 0В „

Н А

где Ь0— длина заготовки до деформации; Li — ширина заго­ товки после деформации.

Значит, коэффициент укова характеризует собой также вели­ чину продольной деформации.

Для обеспечения удовлетворительной проковки металла по сечению и для получения определенных механических свойств коэффициент укова при изготовлении поковки из слитка должен быть не менее 2—3, а при изготовлении поковки из проката — не менее 1,3.

50

Максимальная степень деформации при вытяжке может быть подсчитана по формуле

Вытяжка состоит из последовательных обжатий, осущест­ вляемых бойками молота, в сочетании с продольной подачей и кантовкой вокруг оси. Два последовательных обжима с проме­ жуточной кантовкой на 90° называются переходом.

Рис. 20. Схемы образования дефектов при нару­ шении правил вытяжки

Обжатия осуществляются, как правило, нанесением сильных ударов с максимальной степенью деформации по высоте заго­ товки, допускаемой пластичностью стали. Исключение состав­ ляет предварительная вытяжка слитков (билетировка). В этом случае максимальная степень деформации ограничивается для предотвращения появления поверхностных дефектов. При вы­ тяжке заготовки на прямоугольное сечение высота b (наиболь­ ший размер) не должна превышать ширину h (наименьший размер) более чем в 2,5 раза. В противном случае при обжатии такого сечения вначале появляется изгиб, а затем зажим склад­ кообразного типа (рис. 20, а).

Величина относительной продольной подачи ( — ) оказывает

большое влияние на интенсивность вытяжки, проковку металла по сечению и производительность. С уменьшением относительной подачи интенсивность вытяжки возрастает, а течение металла по длине бойка (уширение) затрудняется. При этом пластиче­ ская деформация локализуется в поверхностных слоях, а осевая часть заготовки не прорабатывается. При большой относитель­ ной подаче (например, на всю ширину бойка) пластическая де­ формация проникает в глубь заготовки; крупное зерно при этом дробится, а внутренние микро- и макротрещины завариваются. В этом случае растет уширение и падает интенсивность вытяж­

51

ки. Относительную подачу рекомендуется выбирать в следую­ щих пределах:

0,5 < ±а- < 1,

где I — величина подачи; d — размер сечения заготовки в^ на­ правлении приложения усилия.

Чем больше продольная подача, тем меньше число переходов необходимо для вытяжки определенной длины заготовок, тем вы­ ше производительность. Однако для по­

готовке наносится удар, затем кантовка на 90°, следующий удар, кантовка на 90° в противоположном направлении и подача (впе­ ред или назад) (рис. 21, а). Кантовка в этом случае может так­ же осуществляться после нанесения нескольких ударов по сосед­ ним участкам, расположенным с одной стороны заготовки. При втором способе (рис. 21,6) заготовка непрерывно кантуется на 90° в одном направлении после нанесения каждого единичного удара, причем подача заготовки вперед производится после на­ несения четырех ударов. Заготовка при этом совершает движе­ ние по винтовой линии. Данный способ является трудоемким, но обеспечивает снижение внутренних напряжений, возникающих при ковке, поэтому его применяют при вытяжке инструменталь­ ных и специальных сталей.

Вытяжку заготовок круглого сечения целесообразно произ­ водить через квадрат для получения более равномерной дефор­ мации наружных и внутренних слоев металла. Такая схема обес­ печивает отсутствие внутренних напряжений и трещин (рис. 22, а). Последний переход выполняется в полукруглых об­ жимках (когда вытяжка осуществляется на универсальных пло­ ских бойках) или в вырезных бойках, деформация в которых

52

дает возможность получать поковки высокой точности и чисто­ ты поверхности с более равномерными механическими свойст­ вами и высокой производительностью (рис. 22,6). Вырезные бойки применяются при протяжке на круглое сечение большой партии поковок определенного размера, например при серийном производстве вагонных осей.

Рис. 22. Схема вытяжки заготовок круглого се­ чения через квадрат

При изготовлении сложных поковок на молотах применяют операции, которые можно отнести к разновидностям вытяжки. К таким операциям относятся: раскатка (раздача) на оправке, расплющивание (разгонка), а также наметка, пережим и полу­ чение уступов и выемок.

Р а с к а т к у (раздачу) на оправке применяют при изготов­ лении поковок типа колец, когда необходимо увеличить диамет­ ральные размеры за счет уменьшения толщины стенки загото­ вок. Раскатку выполняют при следующих соотношениях разме­

Процесс раскатки состоит в следующем. Предварительно про­ шитую невысокую заготовку с оправкой устанавливают на две опоры, после чего по заготовке наносят удары верхним бойком молота. После каждого удара заготовку поворачивают на оп­ равке на угол 10—15°. При этом металл течет как в направле­ нии касательной к окружности заготовки, так и в направлении ее высоты (уширение). Для уменьшения уширения верхний боек располагают длинной стороной вдоль оси заготовки. В этом слу­ чае силы трения на поверхности контакта заготовки с бойком направлены так, что способствуют более интенсивному течению

53

металла по окружности заготовки. Схема операции показана на рис. 23, а. Для сокращения времени на установку приспособле­ ния для раскатки применяют специальные откидные коньки (рис. 23,6). При ковке на бойке коньки находятся в откинутом

положении. При раскатке коньки устанавливаются вертикально,, а боек откидывается. Весь процесс откидывания бойка и уста­ новки коньков занимает 1—1,5 мин.

Уков при раскатке подсчитывают по формуле

где F0, h, b — площадь, высота и толщина исходной кольцевой заготовки; Fu Н, В — площадь, высота и толщина заготовки после раскатки.

54

Для получения необходимых размеров поковки высоту исход­ ной заготовки рассчитывают (с учетом уширения и увеличенно­ го припуска для правки торцов) по формуле

Коэффициент уширения k определяют по графику Уралмашзавода (рис. 24).

Применяя представленные на рис. 23 приспособления, можно осуществить весь процесс изготовления даже крупных колец за один нагрев (вынос). Наиболее дли­

кинув коньки, калибруют кольцевую заготовку с помощью спе­ циального калибра, диаметр которого равен диаметру отвер­ стия заданного кольца (с учетом усадки).

При серийном или мелкосерийном производстве кольцеоб­ разных поковок целесообразно спаривать работу двух молотов: на первом проводят ковку заготовки, ее осадку и прошивку, на втором — раскатку. В этом случае достигается возможность спа­ ривать работу тяжелого молота (с массой падающих частей, на­ пример, 5—7 т) с относительно легким (с массой падающих ча­ стей 1—2 т ); такое спаривание возможно, так как для опера­ ции раскатки не требуется тяжелого молота, а применение лег­ кого, более быстроходного, ускорит раскатку заготовки. Оче­

цию, при которой за счет уменьшения высоты достигают значи­ тельного увеличения ширины заготовки или отдельных ее частей. Длина заготовки при этом увеличивается незначительно. Разгон­

55

ка металла в стороны осуществляется ударами молота по ин­ струменту (раскатке), установленному вдоль оси заготовки. Вол­ нистая поверхность, полученная в процессе разгонки, выравнива­ ется широким плоским бойком. Схема операции показана на рис. 25.

Н а м е т к о й называется вспомогательная операция получе­ ния на поверхности заготовки разметочных углублений. Опера­

ки. Если необходимо получить пережим по периметру прямо­ угольной заготовки, то вначале делают наметку и пережим с

круглой заготовки производится при помощи угловой пережимки

Рис. 26. Схемы образования пережимов

с выкружкой. При этом после каждого удара бойка по пережимке заготовка поворачивается на некоторый угол до получения кольцевого пережима (рис. 26,6). Пережим сопровождается утяжкой металла, которую следует учитывать при выборе раз­ меров сечения исходной (протянутой перед пережимом) заготов­ ки. Для получения заданных поковочных размеров поперечное

56

односторонними и двусторонними. Схемы образования односто­ ронних уступов и выемок в поковках прямоугольного сечения, выполняемых с помощью нижнего бойка и плоской раскатки, по­

Размеры уступов и выемок для поковок, полученных сво­ бодной ковкой на молотах, определяются по ГОСТу 7829—70.

Осадка

Осадкой называется кузнечная операция, в результате ко­ торой увеличивается площадь поперечного сечения исходной за­ готовки за счет уменьшения ее высоты.

Осадка может быть как основной формообразующей опера­ цией технологического процесса, так н вспомогательной (проме­ жуточной) .

Осадку применяют:

для получения у поковки или отдельных ее частей большего, чем у исходной заготовки, поперечного сечения;

57

для выравнивания торцовых поверхностей и увеличения по­ перечного сечения перед прошивкой при ковке поковок типа ди­ сков, шестерен, колец и т. д.

для увеличения общего укова и повышения механических свойств, если сечение исходной заготовки не позволяет получить при вытяжке значение укова, необходимое для измельчения ли­ той структуры и заваривания внутренних дефектов;

для обеспечения необходимой ориентировки волокон метал­ ла с тем, чтобы возникшую анизотропию свойств использовать при работе будущих деталей (наибольшая нагрузка должна быть направлена вдоль волокна);

для получения одинаковых свойств в различных направле­ ниях (устранение анизотропии), что может быть получено все­ сторонней осадкой, например, поковок штамповых кубиков.

Коэффициент укова при осадке

Операция осуществляется нанесением сильных ударов моло­ та по заготовке, устанавливаемой на нижнем бойке перпендику­ лярно его рабочей поверхности. При ударах металл течет от центра заготовки, преодолевая сопротивление сил трения на по­ верхности контакта инструмента с заготовкой, направленных в противоположную сторону. Влияние сил трения на деформируе­ мый металл ослабевает по направлению к среднему по высоте сечению заготовки. В результате такого воздействия внешних сил трения Т возникает неравномерность деформации, следстви­ ем которой является бочкообразность (рис. 28, а). На величину неравномерности деформации (бочкообразности) влияет дейст­ вие на заготовку более холодного инструмента, в результате че­ го сопротивление деформации приконтактных (охлажденных) зон металла повышается. Уменьшению бочкообразности способ-

58

ствует применение эффективных смазок (особенно стеклянных, обладающих теплоизоляционными свойствами), подогрев инст­ румента или использование нагретых прокладок толщиной 15— 20 мм из низкоуглеродистой стали, устанавливаемых между за­ готовкой и бойками. Перечисленные способы позволяют изготов­ лять поковки без дефектов (трещин) с высокими механическими свойствами, равномерно распределенными по объему металла.

Рис. 28. Неравномерность деформации при осадке

При недостаточной мощности молота осадка цилиндрической заготовки сопровождается образованием вогнутой (рюмкообраз­ ной) боковой поверхности (рис. 28,6).

Осадка высоких заготовок, особенно с неровными торцами,

изгиба высота осаживаемой заготовки не должна превышать ее диаметр (наименьшую сторону) более чем в 2,5 раза. Ось заго­ товки при этом должна быть строго перпендикулярна рабочей поверхности бойков. Выполнение данного условия нередко за­ труднено из-за скошенных торцов заготовок, полученных рубкой на молоте или резкой на ножницах. В этом случае легкими уда­ рами молота кузнец выравнивает торцовые поверхности заго­ товки, поддерживая ее клещами вертикально, и лишь после вы­

59