4.1. Ковка

В ювелирном производстве ковка используется для превращения слитка в деформированную заготовку для последующей прокатки, либо другой операции ОМД. В качестве основных операций ковки используют осадку и протяжку. При протяжке кроме формоизменения ставят задачу проработки литой заготовки и получения мелкозернистой структуры.

Сущность протяжки состоит в том, чтобы из заготовки в виде квадрата большего сечения получить квадрат меньшего сечения заданных размеров за определенное количество переходов. Для этого необходимо расчетным путем определить уширение и основные параметры протяжки (ε, Δl, ΔВ, F₁, У) в зависимости от величины относительной подачи ψ, а также найти удельное усилие р в зависимости от величины подачи l₀ [7].

В процессе протяжки происходит увеличение длины вследствие уменьшения поперечного сечения деформируемой заготовки. Протяжку осуществляют путем обжима заготовки при продольной подаче с определенным шагом. Сумма определенного числа нажатий до одной и той же высоты заготовки без ее поворота называется проходом. Если заготовку после прохода повернуть вокруг горизонтальной оси на 90° (кантовать) и снова осуществить протяжку, то получим второй проход. Два прохода с кантовкой между ними называется переходом.

Отношение ширины заготовки к ее высоте после прохода называют коэффициентом перехода , чтобы не произошло продольного изгиба во втором проходе после кантовки заготовки на 90°, значение коэффициента не должно быть более 2,5, т.е. < 2,5. (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема протяжки бруса

Процесс протяжки характеризуется следующими основными па­раметрами:

- абсолютной подачей l₀, т.е. длиной, на которую подается заготовка за каждое обжатие (шаг подачи, величина подачи). Величина подачи, которая, чтобы не образовывалось зажимов, должна быть больше половины абсолютного обжатия ΔН, т.е. , где и – высота заготовки до и после протяжки;

- относительной подачей , где – ширина заготовки;

- степенью обжатия (относительная деформация по высоте)

,

- коэффициентом укова , где и – площадь поперечного сечения до и после протяжки; и – длина бруска до и после протяжки. Если ковка происходит за несколько проходов, то общий коэффициент укова У равен произведению коэффициентов укова в каждом проходе, т.е. .

Производительность при протяжке зависит от величины относительной подачи . Чем больше величина , тем меньше количество обжатий требуется для осуществления деформации за один проход. Существует оптимальная величина относительной подачи, которую принимают в пределах .

Уширение характеризуется коэффициентом интенсивности уширения , где – площадь на которую произошло уширение бруска в результате его осадки (рис. 4.2). Приближенно коэффициент интенсивности уширения ( ) можно определить опытным путем, зная длину и высоту образца до и после протяжки:

.

Рис.4.2 . Измерение поперечного сечения при протяжке

Здесь F₁ – площадь, входящая в состав площади F₀ (F₀ – идет частично на образование площади F₂ и частично в длину)

Величину коэффициента в зависимости от относительной подачи (ψ) можно найти, пользуясь табл.4.2 или следующими уравнениями:

а) при (заготовки квадратного сечения)

для ,

для ;

б) при (заготовки прямоугольного сечения)

для .

Таблица 4.2

Значения коэффициента в зависимости от величины относительной подачи

и соотношения размеров исходной заготовки

ψ	0,5
		0,7		1,0	1,6	2,0	3,0
1	0,19	0,27		0,37	0,54	0,58	0,70
2	0,22	0,26		0,31	0,41	0,47	0,58

Примечание: значения f найдены при ε = 0,1-0,5.

Если известны величины , и , то можно вычислить все параметры деформации заготовки при протяжке:

или ,

или ,

Давление (удельное усилие) при протяжке определяют по формуле

,

где - коэффициент трения; - сопротивление деформации при температуре протяжки.

На практике часто производят ковку поковок квадратного сечения из квадратной заготовки большего сечения. Наиболее рациональный способ ковки в этом случае будет такой, при котором конечные размеры поковки будут получены за один переход. Для получения квадрата меньшего сечения с заданными размерами а×а (рис. 4.3) из квадрата большего сечения с размерами А×А ковку ведут по схеме квадрат-пластина-квадрат.

Рис. 4.3. Схема ковки

Чтобы в процессе ковки во втором проходе не произошло продольного изгиба, необходимо выполнить следующие условия. Коэффициент перехода φ принять равным двум, т.е. , а величину осадки .

После того как рассчитаны параметры, при которых необходимо вести ковку, рассчитывается масса падающих частей молота для определения соответствия выбранного оборудования:

,

где ν – коэффициент, учитывающий увеличение удельного усилия при изменении формы бойков (для плоских бойков ν=1); σ_Т – предел текучести при температуре ковки (см. Приложение); l, H_заг, B_заг – исходные размеры заготовки, мм.

Для демонстрации последовательности технологических расчетов покажем расчет маршрута ковки для слитка из палладия сечением 40×40 мм, при этом заданная масса падающих частей молота равна 100 кг.

Исходя из условий, что для сплавов на основе платины, либо палладия в литературе отсутствуют сведения таких показателей, как критическая степень деформации , температурные интервалы ковки, максимально допустимая степень обжатия в основу расчет было принято следующее:

1 - ковку проводить на пневматическом молоте на плоских бойках;

2 - в целях предотвращения развития дефектов литой структуры и их залечивание ковку в начальный момент осуществлять небольшими обжатиями (ε<10 %) по трём направлениям с предварительным обжатием рёбер слитка (в случае если слиток имеет квадратное или прямоугольное сечение);

3 - при последующих проходах величину обжатия принимать не более 30 %;

4 - протяжку заготовки в начальный момент вести с величиной относительной подачи ψ=0,5-1,0, а последние проходы с ψ>1, соблюдая условие, что отношение ширины к высоте не превышает 2,5;

5 - величину укова за переход принимать не более 2.

Для первого перехода (это первый и второй проход), во избежание возможного изгиба заготовки, уков принимается равным 1,2. Относительная подача берется равной ψ=1,0, т. к. протяжка ведется из квадратного сечения на прямоугольное, тогда отношение высоты к ширине деформируемой заготовки равняется единице (Н/В=1), следовательно, коэффициент интенсивности уширения ( ) будет равен 0,37 (см. табл. 2). Зная значения укова в переходах по формуле

.

Определяем среднее значение укова, которое подставляется в расчет.

.

Тогда размеры поперечного сечения после первого перехода при условии, что

.

будут равны

мм.

где – ширина исходной заготовки, мм; – ширина заготовки после второго прохода в первом переходе (ширину квадрата после перехода), мм.

Зная коэффициент интенсивности уширения можно выразить уков. Далее определяем относительное обжатие:

; .

Определяем высоту после первого прохода:

мм.

Используя показатели степени деформации и коэффициента интенсивности уширения можно определить размеры заготовки после очередного прохода

.

Тогда ширина равна:

мм.

Зная конечные величину ширины прямоугольника после первого прохода (В₁) и ширину квадрата после перехода (В₂), найдем коэффициент интенсивности уширения ( ), с использованием которого необходимо производить протяжку во втором проходе.

.

Зная, коэффициент интенсивности уширения для второго прохода, и используя данные табл. 4.2, определяем относительную подачу. Для этого предлагается использовать схему, представленную на рис. 4.4.

Алгоритм расчета относительной подачи ψ заключается в следующем. Приравниваем отрезки к деформационным параметрам ковки: , , , тогда

; ; ; ;

.

Рис. 4.4. Схема к определению относительной подачи (ось Ах – начало отсчета)

В результате получаем необходимую формулу для определения относительной подачи на i-том проходе (ψ_i):

Тогда, в нашем случае

,

где f₂ и f₁ – значения коэффициента интенсивности уширения (табл. 4.2). Следовательно ψ₂ равно:

.

Определяем величину подачи (l), с которой необходимо подавать заготовку на плоские бойки при протяжке по проходам:

На первом проходе:

мм.

На втором проходе:

мм.

Данные расчета представлены на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Схема изменения поперечных сечений заготовки в одном переходе

Исходными данными для расчета второго перехода являются размеры заготовки, полученные после первого, т.е. =36 мм, =36 мм. Уков принимается равным 1,4 и степень деформации равна 0,3. Тогда

.

Ширина после перехода равна:

мм,

следовательно, размеры заготовки после второго перехода 30,6×30,6 мм.

Высота после первого прохода определяется:

мм.

Относительная подача принимается равной 1,6, тогда для , т. к. протяжка ведется из квадратного сечения на прямоугольное, то f=0,54 (табл. 4.2), тогда

мм.

Для второго прохода коэффициент интенсивности уширения

.

Тогда

.

.

Определяем величину подачи:

- на первом проходе:

мм;

- на втором проходе:

мм.

По аналогичной методике производится расчет переходов ковки до получения квадратного сечения 15×15 мм. Полученные значения представлены в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Данные расчетов ковки

№ перехода	№ прохода	Расчетные параметры
		Ширина В, мм	Высота Н, мм	Уков У	Степень деформации ε	Коэффициент интенсивности уширения f	Относительная подача ψ	Величина подачи l, мм
1	1	40,0	40,0	1,11	0,16	0,37	1,00	40,0
	2	42,8	33,6	1,11	0,16	0,38	1,39	46,7
2	3	36,0	36,0	1,18	0,30	0,54	1,60	57,6
	4	44,0	25,2	1,18	0,30	0,49	1,70	74,8
3	5	30,6	30,6	1,30	0,40	0,42	1,18	36,1
	6	39,0	18,4	1,40	0,49	0,42	1,60	62,4
4	7	26,0	13,1	1,50	0,49	0,32	1,00	26,0
	8	15,0	15,0	1,51	0,42	0,20	0,50	7,5

Размеры кованых заготовок по переходам отображены в виде схемы на рис. 4.6.

Рис.4.6. Схема протяжки для получения прутка квадратного сечения размером 15×15 мм

Определим массу падающих частей молота во втором переходе, т.к. именно на этом проходе необходимо приложить наибольшее усилие, которое и будет рекомендоваться для осуществления протяжки при рассчитанных выше параметрах. Температуру ковки принимаем равной 900 °С, тогда σ_т=25,8 МПа.

В результате расчетов видно, что масса падающих частей имеющегося оборудования (100 кг) достаточна для деформации палладиевой заготовки.