1.2.2. Преимущества свободной ковки:

• Возможность изготовления крупногабаритных поковок массой несколько сотен тонн, которые другим способом получить невозможно.

• Применение универсального оборудования и универсальной оснастки позволяют получать поковки широкого ассортимента.

• В процессе ковки значительно улучшается качество металла, повышаются его механические свойства, особенно пластичность и ударная вязкость.

1.2.3. Недостатки свободной ковки:

• Низкая производительность, значительная трудоемкосготовления поковок, особенно на прессах

• большие напуски, припуски и допустимые отклонения размеров поковок, что приводит к увеличению объема механической обработки и расхода металла.

1.2.4. Оборудование для свободной ковки.

Общая характеристика.

Для всех операций свободной ковки применяются молоты приводные пневматические и паровоздушные, прессы гидравлические. Молоты характеризуются массой подвижных частей, (это поршень, шток, баба, верхний баек), прессы – усилием прессования.

Мелкие поковки (массой до 70 кг) куются на пневматических молотах с массой подвижных частей 50....1000 кг. Средние поковки (массой до 2000 кг) куются на паровоздушных молотах с массой падающих частей 1000...8 000 кг. Крупные поковки (массой более 2000 кг) куются на гидравлических прессах усилием 5...150 МН.

Пневматические молоты.

Деформация металла обеспечивается на молотах простого действия только массой свободно падающих частей, а на молотах двойного действия – еще принудительным ускорением за счет давления воздуха или пара (0,7 ÷ 0,9 МН/м²). На рис. 3 изображен общий вид и кинематическая схема пневматического молота с массой подвижных частей 75 кг (МПЧ 75), установленного в лаборатории.

Литая стальная станина имеет два цилиндра – компрессорный 1 и рабочий 2. При включении электродвигателя 6 получает вращение пара шестерен (редуктор) 7, а вместе с ними – кривошип. При этом компрессорный поршень 3, связанный с кривошипом шатуном 5, получает возвратнопоступательное движение и попеременно сжимает воздух в верхней и нижней по

лости компрессорного цилиндра 1 до 2 - 8 атм. При открытии

Рис.3. Общий вид и кинематическая схема пневматического молота: 1 – компрессорный цилиндр; 2 – рабочий цилиндр; 3 – компрессорный поршень; 4 – рабочий поршень; 5 – шатун; 6 – электродвигатель; 7 – редуктор; 8, 9 – золотники; 10 – педаль управления; 11 – верхний боёк; 12 – нижний боёк; 13 – шабот.

а)

б)

Рис.4. а) Гидравлический ковочный пресс :

1,4,5 - нижняя подвижная и верхняя поперечины, 3 - колонны, 6,10 - плунжеры, 7 - система управления, 8 - трубопроводы, 9 -плунжерный насос, 11 - возвратные цилиндры, 12 - выдвижной стол.

б) Принципиальная схема гидравлического пресса :

1 - большой поршень, 2 - заготовка, 3 – малый поршен

кривошипом шатуном 5, получает возвратнопоступательное движение и попеременно сжимает воздух в верхней и нижней по

лости компрессорного цилиндра 1 до 2 - 8 атм. При открытии цилиндрических золотников 8, 9 рабочий поршень 4, являющийся одновременно бабой молота, будет получать движение вверх и вниз.

Деформация металла производится между верхним и нижним бойками 11, 12; нижний боек закреплен на шаботе 13. Управление молотом производится с помощью педали 10, связанной с золотниками 8, 9. Рукоятка и педаль возвращаются в исходное положение с помощью пружины.

Молот может осуществлять следующие режимы работы: последовательные автоматические удары, удерживание бабы на весу, прижим поковки, холостой ход.

Выбор молота. 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 производят в зависимости от необходимой работы деформации за последний удар. Для определения массы подвижных частей молота рекомендуется формула

,

где: G –масса подвижных частей молота, т;

D₁ и H₁–средние диаметр и высота поковки после осадки,м;

σ_В –предел прочности деформируемого металла при температуре окончания ковки, МПа;

ε – относительная деформация за последний удар (ε = 0,025…0,06);

V_П – объем поковки, м³

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

где: D₀ и H₀ – исходные диаметр и высота заготовки.

Предел прочности (σ_В ) деформируемого металла выбирают, пользуясь справочными данными (см. Приложение 2). Относительная деформация (ε ) для крупных поковок принимается равной 0,025, для мелких равной 0,06.

Пример расчета массы подвижных частей и выбора ковочного молота, а так же индивидуальное задание смотри в Приложении 1.

Гидравлические прессы.

Гидравлические ковочные прессы предназначены для выполнения различных технологических операций ковки (протяжке, осадки, проглаживания, прошивке, рубки и т.д.) Гидравлический пресс является орудием статического действия, принцип работы его основан на законе Паскаля (рис 4б). Пресс состоит из двух камер, снабженных поршнями и соединенных трубопроводом. Если к поршню 3 приложить силу Р₁, то под ним создается давление :

;

где - площадь поршня.

Тогда по закону Паскаля давление р передается во все точки объема жидкости и создает действующую на заготовку 2 силу

Р₂ = pƒ₂, которая на основании закона Паскаля будет больше силы Р₁ во столько раз, во сколько площадь ƒ₂ больше площади ƒ_1.

,

где ƒ₂ - площадь большого поршня.

Увеличивая площадь и рабочее давление р жидкости, можно добиться, чтобы пресс развивал очень большие усилия (до 1000 МН).

Гидравлический ковочный пресс с насосным приводом (рис 4а) имеет четырехколонную станину, состоящую из нижней 1 и верхней 5 поперечин, стянутых колоннами. В верхней поперечине размещается рабочий с плунжером 6, связанным с подвижной поперечиной 4. Возвратные цилиндры 11 с плунжером 10 крепятся в нижней поперечине и предназначены для возврата подвижной поперечины 4 в верхнее исходное положение. Привод осуществляется от плунжерного насоса 9 по трубопроводам 8 и системе управления 7. Заготовка 2 размещается между верхним и нижним рабочими инструментами, для быстрой и удобной смены которых служит выдвижной стол 12.

Изменяя количество жидкости, подаваемое насосом в единицу времени, легко регулировать скорость перемещения поршня гидропресса. Можно так же плавно или ступенчато изменять усилия пресса, выдержку подавлением и т.п.

Ковочные прессы отличаются большим числом ходов и высокой скоростью перемещения подвижной поперечины, поэтому заготовка в процессе обработки охлаждается незначительно.

В качестве рабочей жидкости в гидропрессовых установках применяется вода с добавлением 2-3 % эмульсола или минеральное масло (индустриальное, машинное, турбинное).

На гидравлических прессах с усилием 5-150 МН обрабатывают заготовки крупных деталей – турбинные роторы, орудийные стволы, колонны, валы различных типов.

Выбор пресса производят в зависимости от усилия осадки, для определения которого пользуются формулой

где: Р –усилие пресса, МН;

σ_В –предел прочности деформируемого металла при температуре окончания ковки, МПа;

F₁–площадь поперечного сечения поковки после осадси,м²;

D₁ и H₁–средние диаметр и высота поковки после осадки,м;

Ψ–масштабный коэффициент при осадке слитков; (Приложение 2, таб. 3).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 т ψ = 0,8; при массе слитка 100 т ψ принимают равным 0,5.

Пример расчета усилия и выбора пресса, а так же индивидуальное задание смотри в Приложении 1.