книги из ГПНТБ / Повышение точности поковок С. И. Ключников. 1960- 23 Мб

щадью пода 1,1 м2 до температуры 1180° получены следующие ре" зультаты: заготовка, нагретая в печи без подогрева воздуха и в обычной атмосфере, потеряла в окалину 0,58 кг на 1 м2 поверхно­ сти заготовки, а нагретая в печи по указанному выше методу по­

терь на угар не имела.

Пути и способы нагрева кузнечных заготовок без окалины.

Наиболее доступным и эффективным средством уменьшения окис­ ления металла при нагреве кузнечных заготовок является ускоре­ ние процессов нагрева. При быстром нагреве наряду с уменьше­ нием окалины увеличивается производительность печи. Новейшими исследованиями и опытом передовых рабочих кузнечных цехов

установлено, что кузнечные заготовки можно греть сколь угодно

Х45 мм, длиной 245 мм в количестве 90 шт. одновременно, с рас­ кладкой на поду печи в беспорядке (навалом), время нагрева

составляло 24 мин. Так как время штамповки одной заготовки

(на две детали) составляет 0,4 мин., то общая продолжитель­

ность цикла нагрева штамповки всей партии составляла 0,4X

Х90 + 24 = 60 мин. При этом получался толстый слой окалины. При переходе ко второму способу загрузки печи полупартиями — по

40 заготовок в каждую половину печи, время нагрева полупартии

перекрывается временем штамповки другой, ранее загруженной полупартии. После штамповки одной полупартии загружаются хо­ лодные заготовки на освободившуюся часть пода, а вторая полу­ партия, которая к этому времени уже достигает заданной темпера­ туры, поступает на штамповку.

80

При третьем способе заготовки загружаются сериями по 10 шт.

на место каждых 10 шт. отштампованных. Загрузка производится в два ряда по ширине печи, по 30 шт. в ряд, вплотную (без зазо­ ров). Относительная ритмичность загрузки позволяет снизить опе­ ративное время штамповки до 0,35 мин. на одну заготовку, а рас­ кладка заготовок на поду в этом порядке обусловливает сокра­ щение времени нагрева до 19 мин. При этом слой окалины полу­ чается меньше, чем это было при загрузке навалом.

Наконец, при переходе к способу поштучной загрузки, когда на место каждой выданной из печи заготовки тут же загружается НО­

Фиг. 26. Диаграмма организации нагрева и штамповки заготовок автомобиль­ ного шатуна:

ная загрузка с одновременно находящейся в печи партией заготовок — 30 шт.

вая заготовка, представилась возможность раскладывать загот-oiB- ки на поду в один или в два ряда по ширине печи вплотную или с

интервалом. Время нагрева при этом сокращается до 10 мин., и

слой окалины получается тонкий.

Рассмотренные четыре способа загрузки и организация нагре­ ва шатунных заготовок схематически показаны на фиг. 26.

Автором была исследована зависимость между ритмом штам­

повки и величиной оптимальной партии одновременно находящих­ ся в печи кузнечных заготовок из конструкционной стали—при по­

штучном способе загрузки и раскладке заготовок на поду щелевой печи с температурой 1300°. Графически указанная зависимость по­

казана на фиг. 27. Соблюдение требований, приведенных в графи­ ке, обеспечивает получение минимального слоя окалины. Для

определения наивыгоднейшего количества заготовок, которое одно-

временно должно находиться в печи при поштучном способе рас­ кладки, например, для заготовки шатуна сечением 45X45 мм с производительностью 170 двойных заготовок в час необходимо из точки на горизонтальной оси (фиг. 27), соответствующей 0,35 мин., провести прямую, параллельную вертикальной оси диаграммы, до пересечения в точке А с кривой, соответствующей сечению за­

готовки. Проекция точки А на вертикальную ось покажет искомое (оптимальное) количество заготовок, которое, одновременно нахо­

дясь в печи, обеспечивает при поштучной загрузке и раскладке

Ритм штампобки

Фиг. 27. Кривые для определения оптимальной величины партии кузнечных заготовок, одновременно находящихся в печи с температурой 1 300°, в за­ висимости от диаметра заготовки и ритма штамповки.

минимальное время нагрева до 1175—1200° с минимальным слоем окалины. Если в печи при данном ритме штамповки будет нахо­ диться заготовок больше против полученного по диаграмме, то металл будет перегреваться с образованием большого слоя окали­ ны, и даже может произойти пережог.

Влияние способа загрузки на время нагрева, а следовательно, и на степень окисления металла приведено в табл. 21 по данным

кузнечно-штамповочного цеха автомобильного завода.

Увеличение температурного напора при нагреве кузнечных за­

готовок. Важнейшим средством сокращения времени нагрева куз­ нечных заготовок является увеличение температурного напора, т. е. разницы между температурой печи и температурой нагрева металла. При увеличении температурного напора уменьшается окалинообразование соответственно уменьшению времени нагрева. Ускорение процесса нагрева кузнечных заготовок с увеличением

82

Вряд

Вряд

зорами

Вряд

Вряд

зорами

Вряд

температурного напора показано накривых фиг. 28. При увеличе­ нии температуры печи с 1250 до 1400°, при нагреве заготовок сече­ нием от 45 X 45 мм до 100 X 100 мм до 1200° уменьшается время на­

грева от 1,75 до 2,5 раз.

Повышение температурного напора достигается форсированием сжигания топлива или установкой в печах (где это необходимо) до­ полнительных форсунок.

Значительное сокращение времени нагрева заготовок с помощью увеличения температурного напора подтверждается рядом прове­

денных исследований. Так, на Сталинградском тракторном заводе кузнечные заготовки

данными, полученными В. Ф. Копытовым и П. В. Сорокиным при экспериментальном нагреве заготовок диаметром 25 мм, длиной

75 мм в печи с температурой 1300° (для углеродистой стали): ко­ личество окалины в г!см2 при нагреве до 1000° составило 0,023; до

1100°—0,032; до 1200°—0,048; до 1300°—0,106; до 1300° с выдержкой

5 мин. — 0,307; до 1300° с выдержкой 10 мин. — 0,491.

При скоростных нагревах (при высокотемпературном напоре),

по данным указанных исследователей, потеря металла на угар со­ ставляет от 0,015 до 0,040 г!см2, что соответствует толщине слоя образующейся на заготовках окалины от 0,02 до 0,05 мм. Такая толщина окалины на заготовках позволяет производить точное из­ готовление поковок с подачей последних непосредственно на шли­

фование. В табл. 22 приведены сравнительные скорости обычного пламенного и скоростного (индукционного) нагревов и толщины

слоев окалины, получающейся при этих нагревах [10]. Приведен­ ные данные о толщине окалины рассчитаны автором из условия скорости окисления, равной 0,03 г[см2 в мин., что соответствует

84

общепринятому при штамповке угару в размере 4% от веса заго­ товок. Таким образом, при скоростном нагреве получающийся слой окалины лежит в пределах межоперационных допусков под механи­ ческую обработку (чистовую или шлифовку), что важно при изго­ товлении точных поковок, исключающих последующую черновую, а иногда и чистовую обработку.

Таблица 22

Время нагрева и толщина слоев окалины, образующейся на кузнечных

Печи для скоростного нагрева с температурой до 1500° часто имеют простую конструкцию и представляют собой камеру, интен­ сивно питаемую теплом, через которую проходят нагреваемые заго­ товки в течение точно установленного времени. Температура печи регулируется автоматически. Для скоростного нагрева следует

применять кузнечные печи с рекуператорами с целью утилизации

тепла отходящих газов и обеспечения высокой температуры в печи.

Для отопления печей скоростного нагрева применяется мазут или

газ.

Короткие изделия транспортируются через печь толкателем по охлаждаемым (глиссажным) трубам, а длинные кузнечные заго­ товки—по роликам, расположенным вне камеры.

Скоростной высокотемпературный нагрев особенно удобно про­

изводить для длинных прутковых заготовок. В таком случае печи выполняются из нескольких последовательно расположенных в ли­

нию секций, как это показано на фиг. 29. При нагреве длинных прутков под штамповку они по роликам с пульсирующей подачей по выходе из последней секции подаются к дисковой пиле, отре­ заются и поступают к кузнечной машине.

85

В настоящее время в промышленности имеются печи скорост­ ного нагрева с температурой 1600—1700°. В качестве топлива используется газ, который сжигается в керамических горелках. Сжигание большого объема высококалорийного топлива в ограни­ ченном пространстве обеспечивает получение в печи высокой тем­ пературы. Детали керамических горелок из особых огнеупорных материалов, способных выдержать температуру 1700°, конструиру­ ются с таким расчетом, чтобы пламя соприкасалось с волнистыми боковыми стенками. Стенки накаляются «добела», после чего на­

фиг. 29. Трехзонная печь для скоростного пламенного нагрева прутков пе­ ред разрезкой на штучные заготовки перед штамповкой (США).

грев идет посредством излучения от стенок к заготовке. В некото­

рых случаях горелка закрывается спереди с целью образования щели или отверстия. Горение происходит внутри горелки, и лишь

перегретая струя газа выходит из отверстия, вследствие чего пламя не имеет непосредственного доступа к нагреваемой заготовке. При помощи специального регулятора газ и воздух подаются к горелке предварительно смешанными в требуемой пропорции. Смесь по­ дается в керамическое сопло горелки под давлением 2000 мм вод. ст.

Сопло изготовляется из алунда, карборунда или муллита. По оси

сопла радиально прорезаны от 21 до 40 щелей размером в свету

0,5 мм. Сопло закрепляется в металлической чаше горелки. Диа­

метр чаши-топки обычно колеблется от 50 до 170 мм. Установка состоит из трех основных частей: смесителя, регулятора и венти­ лятора. Смеситель представляет собой трубчатый клапан, состоя­ щий из трубы и поршня с двумя квадратными отверстиями для газа и для воздуха. Регулятор газа представляет собой автоматиче­ ский дисковый клапан, регулирующий давление. Газопровод идет от отверстия для впуска воздуха к диафрагме, которая определяет положение клапана для впуска газа, и таким образом соблюдается равновесие в подаче как воздуха, так и газа. Смеситель и регуля-

86

тор действуют путем всасывания. Применение горелок и контрол­ леров указанного типа дает возможность получать нагретую заго-

товку с весьма ограни­ ченным количеством ока­ лины, при отсутствии за­ метного роста зерна ста­ ли. Короткие кузнечные заготовки по одной штуке подаются для нагрева

при помощи вертикаль­ ного пульсирующего тол­

кателя непосредственно в зону топки на расстояние в несколько сантиметров

цу времени при темпера­ туре излучающей поверх­

ности 300—1600°, при пределах 25, 50, 75 и 100°, может быть выраже­

ре (по величине зерна) в середине и на поверхности заготовки оказалось ничтожным — перлит в на­ ружных слоях был несколько мельче, чем в середине заготовки вследствие более интенсивного охлаждения с поверхности.

87

Бескамерный скоростной нагрев требует применения в печах

автоматизации и необходимой механизации в подаче и отборе заго­ товок.

На фиг. 32 дана схема установки для газового скоростного на­ грева концов кузнечных заготовок автомобильных полуосей [11].

Заготовки длиной 1300 мм, диаметром 50 мм из стали марки 40Х

Фиг. 32. Эскиз установки с вер­ тикальным конвейером газово­ го скоростного нагрева концов кузнечных заготовок автомо­ бильных полуосей.

проходят нагрев концов длиной по 300 мм. Они укладываются на наклонный стол 1, с которого по одной штуке поступают на верти­ кальный транспортер 2, подхватываются ребрами звеньев и увле­

каются вверх. Пройдя путь над верхней звездочкой 3, заготовки поступают в топку 4, нагреваются до 1150—1200°, выходят из рабо­ чей полости и соскальзывают с ребра транспортера на наклонный приемный стол 5 с упором. Привод транспортера осуществляется от электродвигателя 6 через редуктор 7 и ведущую звездочку 8. Про­ изводительность установки — 70 заготовок, или 107 кг нагретого металла в час. Время нагрева заготовки — 3 мин.

88

Электрический скоростной нагрев кузнечных заготовок. Из ско­ ростных способов безокислительного электрического нагрева в куз­ нечном производстве наибольшее значение имеет индукционный нагрев. При печном нагреве поток тепла Q, проникающий в толщу кузнечной готовки через его поверхность s за время t, в некотором приближении может быть выражен уравнением

Из уравнения следует, что количество передаваемого на поверх­ ность заготовки тепла пропорционально величине температурного напора. Проникновение тепла от поверхности к внутренним слоям заготовки происходит вследствие теплопроводности металла. Для выравнивания температур внутренних и наружных слоев заготовки при печном (пламенном) нагреве требуется достаточное время,

сокращение которого возможно лишь при резком увеличении темпе­ ратурного напора. При индукционном же нагреве источником энергии служит электромагнитное поле переменного тока, созда­ ваемое генератором. Электромагнитные волны, проникая в металл, выделяют в нем джоулево тепло. Таким образом, главной особен­ ностью индукционного нагрева является возникновение источника

тепла в самом нагреваемом металле. Это и позволяет значительно ускорить процесс нагрева по сравнению с обычным печным нагре­ вом. Следует отметить, что вследствие явления поверхностного эффекта (скин-эффекта) переменный ток, циркулирующий в нагре­

ваемой заготовке, не заполняет всего ее сечения. Чем больше часто­ та тока, тем выше плотность тока в наружных слоях заготовки и тем тоньше поверхностный слой, подвергающийся нагреву. Практи­ чески ток проникает лишь на некоторую глубину, зависящую от частоты тока и физических свойств нагреваемого металла. Глубина проникновения переменного тока увеличивается с повышением тем­ пературы нагреваемого металла, достигая наибольших значений при прохождении точки Кюри (точки потери магнитных свойств). Для применяемых в практике индукционного нагрева частот глу­

,20000 , ................................................................. 1-6

Если диаметр нагреваемой заготовки больше удвоенной вели­ чины глубины проникновения тока, то сердцевина заготовки будет прогреваться путем теплопроводности. Непосредственное развитие

тепла внутри заготовки обусловливает скорости индукционного нагрева, превосходящие обычный пламенный нагрев в 10—20 раз.

89