4 модуль

11

диаметра при изготовлении полых поковок типа колец, барабанов, муфт; как промежуточную операцию для увеличения степени укова, если в процессе ковки не удаётся ликвидировать литую структуру металла и перед протяжкой с той же целью и для уменьшения неравномерности свойств в поперечном и продольном направлениях; для обеспечения в поковках радиальной волокнистой структуры.

Процесс осадки сопровождается искажением свободной поверхности заготовок, так цилиндрические заготовки принимают одну из трех форм: в виде одинарной бочки, в виде двойной бочки и в виде рюмки. Искажается форма не только вертикальных, но и горизонтальных сечений заготовки, причем любая форма поперечного сечения стремится перейти в круг (закон наименьшего сопротивления). Основной причиной искажения формы являются силы трения на контактных поверхностях (бойка и заготовки). Бочкообразность тем больше, чем больше коэффициент трения. Подхолаживание торцов заготовки при горячей деформации также увеличивает бочкообразность.

Степень деформации при осадке определяется выражением

Величину деформации оценивают также отношением высоты заготовки к

Осадка уменьшает анизотропию механических свойств и улучшает свойства в радиальном направлении, способствует равномерному распределению и измельчению карбидов. Слитки с подкорковыми дефектами рекомендуется предварительно обжимать для заваривания пузырей, чтобы они не заварились при осадке.

Для уменьшения бочкообразности и неравномерности деформаций используют смазки и подогрев бойков. В качестве смазок применяют опилки, графитные смазки, стеклосмазки и т. п.

12

Выбор молота и пресса. При осадке требуются усилия, являющиеся, как правило, максимальными во всем технологическом процессе ковки. Если мощность молота или пресса достаточна для осадки, то на этом оборудовании можно осуществить все остальные операции ковки. Поэтому выбор молота или пресса для осадки имеет особое значение.

Выбор молота для осадки производят по необходимой работе деформации за последний удар по формуле

где G – вес падающих частей молота в кг; εk – степень деформации за последний удар, принимается εk = 0,025 – для крупных и εk = 0,060 – для мелких поковок; V − объём заготовки в см3; σs – напряжение текучести металла при температуреосадки, примерноравноепределупрочностипритойжетемпературевМПа.

Предел прочности деформируемого металла выбирают, пользуясь справочными данными. Остальныеобозначениятеже, чтоивпредыдущейформуле.

Средний диаметр поковки после осадки (без учета бочкообразности) определяют по формуле

где D0 и H0 – исходные диаметр и высота заготовки.

Пример. Определить массу подвижных частей молота для осадки заготовки диаметром D0 = 110 мм и высотой H0 = 180 мм до высоты H1 = 90 мм. Температура начала осадки 1200 °С, конца – 900 °С; материал заготовки – сталь, имеющая при комнатной температуре σв = 380 МПа.

Решение. По справочнику находим, что при температуре 900 °С сталь имеет σв= 45 МПа.

Средний диаметр поковки после осадки

13

Объем заготовки

V заг πD4 02 H 0 π 0,114 2 0,18 1,72 10 3 м3 .

Относительную деформацию ε принимаем равной 0,06, так как осадке подвергается небольшая заготовка.

Масса подвижных частей молота

G 1,5 10 2 45(1 0,17 0,1550,09 )0,06 1,72 10 3 0,88 т.

Выбираем, молот с массой подвижных частей, равной 1 т. Выбор пресса производят в зависимости от усилия осадки. Усилие пресса, необходимое для осадки, определяют по формуле

где Ψ – масштабный коэффициент; D1 и H1 – диаметр и высота заготовки после осадки в мм; F – площадь поперечного сечения поковки после осадки в мм2.

При осадке крупных заготовок и слитков на прессах металл охлаждается меньше, чем при деформировании мелких заготовок на молотах, что и учитывается с помощью масштабного коэффициента ψ (чем больше масса слитка, тем меньше значение ψ). Для слитков массой 0,5 тонн ψ = 0,8; при массе слитка 100 тонн – принимают равным 0,5.

Пример. Определить усилие ковочного пресса для осадки заготовки диаметром D0 = 0,74 м и высотой H0 = 1,2 м до высоты H1 = 0,6 м. Температура окончания ковки 1100 °C; предел прочности стали при комнатной температуре

σв = 800 МПа.

Решение. При температуре 1100 °С σв = 51 МПа. Масса заготовки немного выше 4 тонн; для такой заготовки принимаем ψ = 0,75.

После осадки средний диаметр поковки

15

Отношение обжатия к первоначальной высоте заготовки называют относительным обжатием ε, т. е. ε = ∆Н/Н1. В процессе протягивания заготовка удлиняется, а также получает некоторое уширение. Отношение приращения длины заготовки (∆L) к ее длине до протягивания (L0) называют относительным удлинением, а отношение приращения ширины заготовки (∆B) к ее первоначальной ширине (В0) – относительным уширением. Отношение площади F0 поперечного сечения исходной заготовки к площади F1 поперечного сечения протянутой заготовки называют уковом. Увеличение укова способствует проработке структуры металла и улучшению механических характеристик детали. Осадка заготовки перед протягиванием увеличивает площадь ее поперечного сечения, а следовательно, и уков после протягивания.

Протяжка является основной формообразующей операцией при изготовлении поковок удлинённой формы: гладких и ступенчатых валов, коленчатых валов, фасонных поковок типа шатунов, рычагов, дышел и др.

Получение поковок протяжкой требует многократных обжатий, т. к. деформируются одновременно только отдельные участки заготовки в определённой последовательности, причём бойки не перекрывают целиком заготовку. Продолжительность протяжки составляет 60 – 70 % всего времени ковки.

Различают три способа ведения протяжки при ковке плоскими бойками:

1.После каждого обжатая следует кантовка на 90° в одну и ту же сторону без перемещения заготовки вдоль оси. Подача производится после каждых четырёх обжатий. Этот способ, называемый ковкой по винтовой линии, очень трудоёмок, его применяют только для ковки твёрдых инструментальных сталей

(рис. 1.6, а).

2.Производят два обжатия с кантовкой на 90°, затем следует подача и кантовка, и так до конца протяжки (рис. 1.6, б).

3.Обжатия и подачи следуют одни за другими, на всю длину протяжки (на весь проход), затем следует кантовка и последовательное обжатие заготовки

сдругой стороны (рис. 1.6, в).

16

Рис. 1.6. Способы чередования обжатий и кантовок при протяжке.

Направление подачи при протяжке зависит от массы, длины протягиваемой заготовки и от способа её удержания. При протяжке длинных заготовок ковку начинают с их середины. Протяжку коротких, мелких заготовок начинают с дальнего конца от кузнеца, причём каждая последующая подача приближает кузнеца к месту ковки: это так называемая протяжка «на себя». Крупные поковки протягивают «от себя», т. е. по направлению к рабочему месту кузнеца, что облегчает удержание поковки.

Основные правила протяжки:

1. Во избежание продольного изгиба отношение высоты заготовки к ши-

рине Hn 1 , не должно превышать 2 – 2,5.

Bn 1

2. Относительная подача должна быть в пределах 0,5 Ln 1 1,

Hn 1

где Ln 1 – величина подачи, H n-1 – величина сечения в направлении приложения усилия.

3.Границы подач следует смещать после каждого прохода. Более благоприятной является протяжка с последовательным обжатием по всей длине перед кантовкой.

4.Обжатия следует осуществлять максимально возможные, допускаемые пластичностью металла при данной схеме напряжённого состояния. Однако не-

17

обходимо учитывать возможность образования зажимов при величине обжатия H, превышающей величину подачи.

5. Первоначальная протяжка слитков должна производиться с малыми обжатиями, чтобы избежать вскрытия подкорковых пузырей.

Одной из основных характеристик операции протяжки является общая степень укова (степень вытяжки) у, определяемая по формуле

y Lk F0 , L0 Fk

где L0 ,Lk и F0 ,Fk – исходные и конечные длины и площади поперечных сечений заготовок.

Уков на каждом проходе yn Fn 1 . Fn

За несколько проходов уков равен произведению уковов за каждый проход: y y1 y2 ...yk , , т. к.

Чтобы определить количество проходов, необходимых для заданного уменьшения площади поперечного сечения, необходимо знать, какой получается уков за каждый проход. При равенстве значений укова на каждом проходе количество проходов

m ln F0 ln Fk . ln y

Зная уков на каждом проходе и исходные размеры заготовки для данного перехода, можно определить все размеры заготовки после данного перехода:

Исходные размеры H n 1 ,Bn 1 ,Fn 1 ,Ln 1 . Конечные размеры после прохода Hn ,Bn ,Fn ,Ln .

Протяжкой на плоских бойках получают в основном поковки, имеющие форму поперечного сечения квадрата или прямоугольника. Протяжку круглых

18

заготовок на круглые большей длины в плоских бойках не осуществляют из-за появления растягивающих напряжений и возможности трещинообразования в осевой области заготовки. Обычно для протяжки на круг сначала производят протяжку на квадрат со стороной квадрата, равной диаметру поковки, затем сбивают углы и округляют заготовку.

Для быстрого получения поковок круглого сечения из квадратного, а также для протяжки с круга на круг применяют вырезные бойки, которые бывают с круглым вырезом – радиусные или овальные и угловым вырезом с закруглением в вершине углов – ромбические бойки. Широко применяют комбинированные бойки – верхний плоский, нижний вырезной (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Протяжка в вырезных бойках: а – в овальных, б – в ромбических, в – в комбинированных

Применение вырезных бойков устраняет возможность образования осевых трещин, ввиду отсутствия интенсивного течения металла в стороны. Протяжка в вырезных бойках проходит более интенсивно, с большими подачами и большим уковом за каждое обжатие, чем протяжка на плоских бойках, производительность при этом выше на 20 – 40 %.

Усилие пресса, необходимое для осуществления протяжки, определяется по формуле, полученной так же как и для осадки, т. к. каждое нажатие при протяжке можно рассматривать как местную осадку.

19

P ψγ(1 0,17 Ln 1 )Bn 1 Ln 1σв ,

H n 1

где ψ – масштабный коэффициент; – коэффициент, учитывающий увеличение удельного усилия при изменении формы бойков (для плоских бойков γ 1, для вырезных γ 1,25 ); σв– предел прочности материала поковки при температуре протяжки; Hn 1 ,Bn 1 – исходные высота и ширина заготовки в мм (при протяжке круглой заготовки в круглых вырезных бойках принимают

H n 1 Bn 1 D,

где D – диаметр заготовки в мм; Ln 1 – величина подачи в мм. Выбор молота для протяжки производится по формуле

G 1,5 10 3 γσв(1 0,17 Ln 1 )εn Hn 1Bn 1Ln 1 ,

Hn 1

где n – принимаемая степень деформации за 1 удар (выше критической, но не более 0,3).

Для облегчения расчётов усилия-пресса и массы падающих частей молота используют таблицы и диаграммы. Следует иметь ввиду, что усилие протяжки будет максимальным при первом проходе.

Разновидности операций протяжки:

1. Протяжка с оправкой (рис. 1.8) применяется при ковке относительно длинных поковок типа цилиндров и труб. Процесс заключается в том, что предварительно прошитая заготовка надевается на коническую оправку (стержень, диаметр которого равен внутреннему диаметру поковки) и обжимается вырезными бойками как сплошная поковка. При этом толщина стенок заготовки уменьшается, а длина увеличивается. Извлекать оправку необходимо тотчас после ковки.