книги из ГПНТБ / Золотухин Н.М. Нагрев и охлаждение металла

ность их транспортировки от

печи к

молоту

составляет

15 с, цикл штампов­

к и — 30 с, а длина заготовки

на одну

поковку— 100 мм? Температура

в цехе

20° С. Рабочее

место обдувают душирующей

установкой.

Т[ = 4,0,

Задаемся

общей

продолжительностью

охлаждения

заготовки:

Т2 = 5,0, т э = 6,0 мин.

При этом

0,20

Р

0 1 -

д а й в

1 , 5 :

^ =

'.87; Fo3 =

2,24.

Є ц 1

=

0,678;

г ц 1

=

886°С;

Єц2

=

0,637;

/ц., =

835D C;

Є ц з

=

0,605;

і ц з

=

794 °С.

По ранее вычисленным значениям Fo по графику, показанному на

рис. 34,

при температуре нагрева

1200° С находим для прутков диаметром

60 мм:

B i ^

0,130; Ві 2 = 0 , П 9 ; В і 3 = 0,108.

Эщ

= 0,709;

4ц =

855 °С;

бцг

= 0,672;

=

813 °С;

9цз

= 0,643;

=

777 °С.

Строим

графики

охлаждения

центра

прутка

от температуры

1300 и

1200° С в координатах

1п—т. Из

построенных

графиков

интерполяцией

по

температуре

определяем, что заготовка

диаметром 60 мм, нагретая до 1260° С,

в центре охладится до 800° С за время

т=5,65 мин.

При штамповке

на

молотах

заготовка

охлаждается

быстрее,

чем

при

транспортировке на

спокойном

воздухе. Учтем

в

расчетах

дополнительное

охлаждение

металла

от воздушного

душа,

установленного

на

рабочем месте

ке. По данным книги Г. П. Иванцова, обдув прокатанных

прутков

воздухом

уменьшает время охлаждения

металла от 800 до

100° С в

1,5

раза {33].

При штамповке на молотах охлаждение заготовок происходит от более

высоких температур. В нашем

примере заготовка

охлаждается от

1260 до

800° С. При этих температурах

роль конвективной части теплопередачи значи­

тельно меньшая, чем при охлаждении после прокатки

от

800 до

100° С.

Поэтому продолжительность охлаждения заготовки от применения

воздушно­

го душа у молота сократится

менее чем в 1,5 раза. Осыпание

окалины

с по­

верхности заготовки при штамповке

ускоряет

охлаждение

заготовки по

сравнению с охлаждением прокатанных

штанг под воздушным душем. Поэто­

му в расчетах принимаем, что в случае

работы

под молотом

с душирующей

установкой продолжительность охлаждения заготовки уменьшится

в 1,5 раза

по сравнению с продолжительностью

охлаждения на спокойном

воздухе. Сле­

довательно, заготовка охладится

в центре до 800° С через

5,65:

1,5 = 3,76 мин.

По данным

Ф. И. Либсоиа

и Н. И. Флетчфорда, при штамповке загото­

вок диаметром

60 мм из стали

40Х на молоте, оборудованном

душирующей

установкой, температура

в центре заготовки понизится

от 1260

до 800° С

через 3,70 мин

(см. рис. 25 в работе

Я. М. Охрименко [62].

Продолжительность

штамповки

составит

3,76.60 — 15 = 226 — 15 = 211 с.

.

'

За 211 с

штампуют

211:30 =

7

поковок.

Тогда

длина

нагретой

заготовки

без учета клещевины

составит

100-7 =

700 мм.

Примеры расчета заготовок небольшой длины (ограниченных цилиндров).

Пример

16.

Заготовку

диаметром

10 мм, нагретую в

очковой

печи

до

температуры

1200° С,

подают к

фрикционному

прессу

для

штамповки

болта.

Продолжительность от выемки заготовки из печи

до высадки

головки

болта

составляет

6 с. Длина нагретой

части

заготовки

35

мм. Определить

темпера­

туру заготовки в момент высадки. Температура

в цехе 25° С.

Сначала

определим

коэффициент

влияния

торцов

т|. Дл я этого

найдем

•отношение

/

35

3,5.

—— =

—

=

а

10

Зная

величину

этого отношения,

по графику,

приведенному

на

рис. 30,

найдем г) = 0,92.

ц

С учетом

коэффициента

р

о

_ _ат

0,02-6

° - Д 2 г |

=

0,0052 -0,88-3600

=

1

,

2 "

По графику,

показанному на рис. 34, Ві=0,03;

по графикам на

рис. 12 и

13 0П =0,906 и 9ц=0,920.

в момент высадки головки

Температура

заготовки

/ п

=

0,906 (1200 — 20) +

20 =

1090 °С,

/ ц

=

0,920 (1200 — 2 0 ) + 2 0 =

1106 °С.

Пример

17.

Заготовку

диаметром

20

мм

нагревают

до

1300° С

п

по

транспортеру

передают

к

фрикционному

прессу

для

штамповки

заклепки.

Скорость

транспортера

составляет

50

м/мин,

длина

нагретой

части

заготов­

ки — 40

мм. Определить

расстояние от

пресса

до

нагревательной

установки,

•обеспечивающее

штамповку

заклепок

при

следующих

температурах

заготов­

ки: іпі = П50°С

н / П 2 = П 0 0 ° С .

Продолжительность

подачи

нагретой

заготов­

ки на транспортер

и установки

ее с

транспортера

в штамп

составляет

соот­

ветственно

1,5 п 2,0 с. Температура

воздуха

в цехе

20° С.

1) Температура начала

штамповки

1150° С. При этом

относительная

тем­

пература

поверхности

заготовки

t — tc

1150 — 20

0п П =

t0—tc -

= 1300 — 20

=

0,882.

Задаемся

критерием

Fo = 0,5.

По графику,

показанному на

рис. 12, Ві = 0,1025

при Fo=0,5

и 0=0,882;

по рис. 35

Bi = 0,095<0,1025 для Fo = 0,5

и

rf=20

мм.

Еще раз задаемся Fo=0,525, тогда

по рис. 12 Bi=0,098

и

по

рис. 35

Ві=0,098. Следовательно, Fo=0,525.

I

40

Общая

продолжительность

охлаждения

при

—

= —

=2;

Ї]=0,8

(см.

рис. 30)

0,525-0,0001-0,8

т =

=

0,0021

ч «

7,5

с.

0,02

Продолжительность

движения

транспортера

т т р

= 7,5 —(1,5 + 2) = 4,0 с =

0,067 мин.

Расстояние

от нагревательной

установки до пресса

S =

OTtp = 50-0,067 = 3 , 3 5 м.

2) Температура

начала

штамповки

1100° С. Относительная

температура

поверхности

заготовки

1100 — 20

Єп

= —

= 0,844.

1300 — 20

Задаемся Fo =1,1, тогда

Ві=0,069. По рис. 35 Ві = 0,072>0,069. Задаемся

Fo = 0,9, тогда

Ві = 0,0846.

По

рис.

35 Ві = 0,085 — 0,0846. Следовательно,

Fo=0,9.

Общая

продолжительность охлаждения

т =

Fo£2ri

0,9-0,0001-0,8

а

'• = —'•

'•

— = 0,0036 ч и 13 с .

0,02

Продолжительность

движения

транспортера

т т р

= 13,0 — ( 1 , 5 + 2) = 9,5 с = 0,158 мин.

Расстояние

от нагревательной

установки

s = ar T P = 50-0,158 = 7,9 м. .

Пример

18. Заготовка

диаметром 50 и длиной 100 мм нагрета

до 1200° С.

Продолжительность

т от выдачи заготовки из К.НН до штамповки

на молоте

составляет

6 и

12 с. Определить

температуру заготовки в

момент

штампов­

ки. Температура

в цехе 20° С.

1) Продолжительность

выдачи

заготовки

составляет

6

с=0,001б7

ч.

С учетом

коэффициента

і] = 0,8

(см. рис. 30)

при а=0,02

м2 /ч. ^=0,025

м

Fo

ах

0,02-0,00167

=

= -

•

= 0,0668 и 0,067.

R*r\

0,000625-0,8

2) По графику,

приведенному

на

рис. 34,

В і = 0,155

для

Fo=0,067

it

d — 50 мм; по графикам,

данным

на рис. 14 и 15, 0П =0,951,

0Ц ~1,О.

Температура прутка

в момент

штамповки

0,02-0,00333

=

0,134.

Fo = -

•

0,000625-0,8

По графику, приведенному

на рис. 34, Bi=0,16. Относительная

температу­

ра 6П =0,924, 0Ц =О,988.

Температура заготовки в момент штамповки

*„ = 0,924 (1200 — 20) +

20 =

1110 °С;

/ ц

= 0,988 (1200 — 20) + 2 0 =

1186°С.

Пример

19. Для

увеличения стойкости

молотых штампов

уменьшили

продолжительность охлаждения

заготовки

перед

штамповкой

на 3 с за счет

уменьшения

продолжительности

подачи заготовки

к молоту — условия штам­

повки аналогичны условиям в предыдущем

примере.

На сколько изменится при этом температура

заготовки

перед

штампов­

кой? Продолжительность выдачи заготовки

т = 3 с=0,000833 ч.

' ц =

1200

°С.

Температура

поверхности заготовки увеличится на 55° С.

Пример 20. Заготовку из мягкой

стали диаметром

100 и длиной 220 мм,

нагретую в кузнечной печи до

1300° С, выдают из печи

и подают на молот в

течение 15 с. Определить температуру перед

штамповкой на поверхности за­

готовки (в середине

ее длины)

на ребре

(на периферии

торцов)

и в ее цент­

ре. Температура

цеха

равна 20° С.

Для цилиндра с учетом коэффициента

т|=0,85 при а=0,02

м2 /ч, т = 1 5 с =

= 0,0042 ч, Я=0,05 м

Fo u „„ =

0,02-0,0042

= 0,0395.

—•

•

ц и л

0,0025-0,85

По графику,

показанному

на рис. 35,

В і ц „ л =0,335, а на

рис. 14 и 15

Є*, л =0,924, 95*"-1.0.

Температура

на

поверхности и в центре

заготовки

в момент

штамповки

*п = 0,924 (1300— 20) + 2 0 = 1205 °С;

/ ц =

1300

°С.

Температура

на

ребре

заготовки

в

момент

штамповки

по

теореме

Д . В. Будрнна

Єр

= 8 £ и л 6 ™ =

0,924-0,97 = 0,896,

*Р =

0,896 (1300 — 2 0 ) + 2 0 = 1170 °С.

Пример

21.

Заготовку диаметром 200

мм и длиной

500 мм, нагретую в

печи до

1300° С,

транспортируют с

помощью мостового

крана до

ковочного

молота

в течение

36 с. Определить

температуру на

поверхности,

в

центре и

на ребре заготовки к моменту

начала ковки. Температура

в цехе

20° С.

Для

цилиндра

с учетом коэффициента

т)=0,88 при а = 0,02 м2 /ч, т = 3 6 с =

= 0,01 ч, Д=0,10 м.

Fo,,,,,, =

0,02-0,01

= 0,0228.

— •

•

ц " л

0,01-0,88

По

графикам,

показанным

на рис. 35 и 14, находим

б*"1 =0,928,

откуда

температура

на поверхности заготовки

fn =

0,928 (1300 — 30) +

30 = 1210 °С.

По

графику,

данному на рис. 15, 0 ц = 1 , откуда температура в центре за­

готовки

равна

1300° С.

Для

неограниченной

пластины толщиной 2/ = 500

м

0,02-0,0042

Р °

" д =

0,25*

= ° ' ° 0 1 3 4

-

По графикам, приведенным на рнс. 35 и

10, 0™ = 0,975.

Температуру

на

ребре

заготовки

определим

с

помощью

теоремы

Д. В. Будрнна:

0 р

=

0Ц"Л 9™ = 0,928-0,975 =

0,905,

откуда

/ р

=

0,905 (1300 — 20) +

20 =

1180 °С.

Пример 22. Заготовку диаметром 250

и

длиной

480

мм,

нагретую

до

температуры

1300° С,

транспортируют к ковочному

прессу в

течение

50

с.

Затем на половине длины заготовки выполняют круговую

подсечку

глубиной

40 мм. и половину заготовки

подвергают

протяжке

до

диаметра,

равного

170 мм. Далее выполняют вторую подсечку

на

непрокованной части

заго­

держивает заготовку,

можно

пренебречь. Температура

в

цехе 25° С.

Для

цилиндра

в

момент

первой

подсечки

с

учетом

коэффициента

і] = 0.8

при о=0,02 м2 /ч, т = 5 0 с=0,0139

ч, R =0,125 м

0,02-0,0139

0,0223.

Fo == —

:

=

0,1252-0,8

По

графику, показанному

на

рнс. 35, Bi = 0,46; на

рис. 14 и

15

относи­

тельная

температура

заготовки 0„ = О,923, 0 ц = 1 .

Температура заготовки в момент

первой

подсечки

/ п

= 0,923 (1300 — 25) + 2 5 =

1200 °С,

«

1300 °С.

Для

цилиндра

и пластины в

момент

начала

протяжки

второго

конца

за-

112=0,63,

U

240

готовки

при т=11 0 с=0,0306

ч,

т]і = 0,8,

- + =

— • =0,96:

0,8 +

0,63

а

2 5 0

Fo„ =

0,02-0,0306

=

0,055;

—

•

ц

0,1252-0,71

ах

h = 240:2 =

F o n

j ] = — —

;

120 мм = 0,12 м;

/ =

/ л ± і . =

240+12 0

2

2

0,02-0,0306

F ° -

=

0,18*

= ° - 0 1 9 -

По

графикам,

приведенным

на

рнс. 35,

Віц І ! Л

= 0,59,

Ві П л=0,55

и

на

рис. 10,

11, 14 и 15 0 £ " Л = О,845,

О*"1 =0,995,

0™ =

0,92, 0 ™ = 1 .

гп = 0,845 (1300 — 2 5 ) + 25 =

1105°С,

6ц = 6ц"л ЄцЛ = 0,995-1 = 0,995,

ґц =

0,995

(1300 — 25) + 25 =

1295

°С;

ЄР = 0 £ н л

Є™ = 0,845-0,920 = 0,776;

tv =

0,776

(1300 — 25) + 25 =

1015 °С.

Пример

23. На сколько

повысится температура

ребра заготовки к мо­

менту начала протяжки ее второго конца в условиях,

аналогичных

условиям

предыдущего

примера,

если

продолжительность

транспортировки

заготовки

Решая

этот

пример

так же, как и предыдущий, найдем, что температура

ребра заготовки

к моменту начала

протяжки второго

конца

6Р

=

0 £ и л

0™ =

0,890-0,920 = 0,819;

( Р

=

0,819 (1300 — 25) + 25 =

1070 °С,

т. е. температура

ребра

повысилась

на 55° С.

Пример

24.

Две

заготовки

из

конструкционной

стали

с

размерами

0

500X1500 мм, нагретые

равномерно

на 1200° С,

вынимают

из

кузнечной

печи и транспортируют к ковочному гидравлическому

прессу в течение 1 мин.

Одна из них сразу подвергается

ковке,

вторая

находится

около пресса еще

в течение

2 мин. Рассчитать

температуру на поверхности

и в

центре

загото-

пок к моменту начала ковки. Температура

в цехе 20° С.

Определим критерий

Фурье

Fo =

а т

=

0,02-1,0

R*r\

0,0625-0,92-60 = 0,0058.

!

:

По

графику,

показанному

на

рис. 34, Ві = 0,53 для заготовки

диаметром

500 мм (см. для слитка

массой

3 т)

и Fo = 0,0058.

Относительную температуру на поверхности и в

центре заготовки

опре

деляем

по графикам,

показанным

на

рис. 14 м 15,

по

значениям

Ві=0,53,

Fo = 0,0058;

'

0П

=

0,954;

0ц = 1 , 0 .

Температура на поверхности и в центре

'п = 6п ('о — У +

'с = 0,954 (1200 — 20) +

20 =

1145 °С;

/ ч

=

1,0(1200 — 20) + 20 =

1200 °С.

Для

второй

заготовки

Fo =

ах

= у

0,02-3,0

= 0,0175.

ЯЬубО

•

'0,0625-0,92-60

По

графику,

приведенному на

рис. 34, Ві = 0,64 для Fo=0,0175 и заготов­

ки

диаметром 500 м; по графикам,

приведенным

на

рис. 14 и

15, 0П =О,9О5;

0ц =1,0.

Температура

на поверхности

заготовки

1П

= 0,905 (1200 — 20) + 20 =

1090 °С.

Пример

25.

Заготовка

диаметром 500 и

длиной

1500

мм

вынута из

нагревательной

печи, температура на ее

поверхности

1200°С

и

в центре

1000° С. На

сколько изменится температура заготовки после охлаждения на

воздухе в течение 3 мин? Температура цеха 20° С.

Из предыдущего примера

Fo = 0,0I75 и Ві=0,64.

Пример

задан для условий типового

участка

нагрева

/// , т. е. при нерав­

В ^ ' " - ' "

= 2 1 0

0 ° - 1

2 0 0 = -

0 35.

'оп — 'с

1200 ^

50

Принимаем

9' = —0,4. По графикам,

показанным

на рис. 16 и 17, 0П =О,85

и 6ц=0,810. Температуру на поверхности заготовки

определим из формулы

относительной

температуры

а

' п - Ь

'on

'с

схт

0,02-1,0

Fo„ Ш 1 Л =

=

:

•

= 0,00775,

Я^т]

0,252-0,69-60

ах

0,02-0,0167

Fon ,i = - г — =

—

~

= 0,0037.

Я 2

0,32

По графику, показанному на

рис. 34,

В і ц

ц л = 0,56 для заготовки диамет­

ром

500 мм (см. для слитка

массой 3 т)

и Fo u l I J t =0,00775.

аналогич­

Принимая,

что условия

темплоотдачи

на

торцовых плоскостях

ны условиям теплоотдачи с цилиндрической поверхности, находим

по рис. 34

для

заготовки

длиной 600 мм и РоПл = 0,0037, что В і „ л = 0 , 4 3 .

Относительная температура на ребре цилиндра

0Р =

0 £ и л 9™ = 0,945.0,974 =

0,920.

Температура

на ребре

цилиндра

гр =

0,920 (1200 — 2 0 ) + 20 =

1108°С.

Пример

27.

Слиток

массой 5 т, нагретый до

температуры 1250° С, тран­

спортируют

к ковочному

гидравлическому прессу в течение 120 с. За 30 с он

Определить

температуру

на поверхности

и в центре

слитка

к моменту начала

обкатки. Температура в цехе 20° С.

Для момента начала

обкатки при

т = 150 с=0,042 ч, її=0,9, і? = 0,343 м

Fo =

0,02-0,042

= 0,00755.

—

,3432.0,9

0

По графикам, показанным

на рис. 34 и 35,

0,59 + 0,55

Bi =

— — ^2— : — = 0,57.

Относительная температура

слитка

9П =0,945;

9Д =1,0

(см. рис, 14S J5).

Температура

слитка

перед

обкаткой

/ п =

0,945 (1250 — 20) + 2 0 = 1185 °С,

ta = 1250 °С.

Пример

28.

Условия

задачи

те же, что и в предыдущем примере. Однако

тилась втрое. На сколько при этом увеличилась температура

слитка к

момен­

ту начала обкатки?

Критерий

Fo = 0,00755 : 3 - 0,0025.

По графикам, данным на рис. 34 и 35,

Ві =

0,5 +

0,4

„

„

з

я

0,45.

Относительная температура слитка 0П =0,975 и 0Ц =1,0.

Температура

слитка

перед обкаткой

t„ =

0,975(1250 —20) +

20 =

1240 °С;

( ц =

1250 °С.

Температура

слитка

увеличилась на 55° С.

до

температуры

1250° С,

Пример

29.

Слиток

массой

27,6

т нагревают

а затем транспортируют

к

ковочному

прессу

и укладывают

его

на

боек в

одном случае в

течение

6

мин,

другом — 15

мин. Определить

температуру

поверхности слитка в момент начала

ковки. Температура

в

цехе

20° С.

При Ті = 6

мин=0,1

ч, т 2 = 15 мин=0,25

ч, #=0,611

и ц = 0Я

F 0

ах

0,2-0,1

Fo2

=

0,0148.

l

= —

= — і

7—— = 0,0059,

1

№ц

0,6112.0,9

Критерий Bi равен

0,56 +

0,52

„ „ t

В і х -

з

= 0 , 5 4 ;

Ві2

= 0,665 + 0,62 =

0,642.

Относительная температура слитка Ощ=0,952; 02 п =0,912.

Температура

поверхности слитка к началу ковки

tm

= 0,952 (1250 — 20) +

20 =

1190 °С;

tn2

= 0,912 (1250 — 20) +

20 =

1140 °С.

Пример

30.

Слиток

массой

9,7

т после

равномерного нагрева

до

темпе­

ратуры 1200° С транспортируют

к ковочному

молоту в течение 4 мин. Рассчи­

тать температуру ребра и грани слитка, а

также температуру в его центре

перед началом ковки. Температура

в цехе 25° С.

Найдем

температуру

грани

и

в центре

слитка при а = 0,02,

т = 4

мин =

0,0667 ч, # = 0,423, п = 0,88:

0,02-0,667

= 0,0085.

F° =

'

'

0,179-0,88

массой 9,7 т 2/? = 0,9 м

(по нормали

НКМЗ

им. В. И. Ленина). При этом

ах

0,02-0,0667

Fo n j ]

= — - =

—

:

= 0,00659.

#2

0,452

откуда

Пример

31. Слиток

массой 15,9 т

нагрет до

температуры

1200° С. Затем

подстуженный

слиток куют

при 900° С. Сколько

минут после

выдачи

из печи

слиток должен

охлаждаться

до 900° С

и какая

при этом

будет температура

в его центре? Температура в цехе

25° С.

Относительная температура

на

поверхности слитка

в

момент

начала

ковки

0 =

t — tc

900 — 25

t0— tc

= —

— = 0,744.

1200 — 25

По рнс. 14 методом

подбора

находим, что при Fo = 0,l и 0 = 0,744 крите­

рий Bi=0,75

и по рис. 34 также

Ві = 0,75. Следовательно,

Fo = 0,l.

Продолжительность

охлаждения

слитка до температуры 900° С

FoRh]

0,1-0,4782.0,92

т =

=

——

- 1,05 ч =

63 мин.

а

0,02