7222

Технология радиальной ковки для производства полых изделий из сплошной заготовки без прошивки

Курсовая

Производство и промышленные технологии

1.Введение Технология радиальной ковки для производства полых изделий из сплошной заготовки без прошивки Технология основана на использовании специальных режимов деформирования сплошной заготовки на радиально-ковочной машине (РКМ). Технология не пре...

Русский

2013-01-18

437 KB

25 чел.

1.Введение

Технология радиальной ковки для производства полых изделий из сплошной заготовки без прошивки

Технология основана на использовании специальных режимов деформирования сплошной заготовки на радиально-ковочной машине (РКМ). Технология не предусматривает специального нагрева заготовки и наличия прошивня, который может быть использован только как калибрующий отверстие инструмент.

Сущность технологии                  

Длинномерную с вытянутой осью заготовку круглого или многогранного сечения, которая может быть предварительно нагрета, зажимают в патроне или каком-либо другом устройстве аналогичного назначения, которое осуществляет медленное вращение заготовки и ее осевую подачу в механизм обжатия, включающий в себя радиально подвижные бойки, где заготовка обжимается по периметру.

Режимы обжатия и подач заготовок назначают такими, при которых в осевой зоне действуют растягивающие напряжения, превышающие предел прочности металла. Многократно изменяющиеся напряжения в условиях действия растягивающих напряжений обеспечивают вскрытие осевой полости в любом, даже высокопластичном материале. При этом вскрытие и развитие осевой полости осуществляется с постепенным увеличением осевого отверстия правильной формы и сохранением сплошности остальной части поковки.                      Технология сделает возможным:

Изготовление бесшовных кованых труб (диаметром от 15 мм и более), в том числе особо больших диаметров (1000-1300 мм), с толщиной стенки 25-100 мм и более. При этом не требуются большие усилия при ковке.

Изготовление полых судовых валов, труб большого диаметра для установок подводного бурения, специальных полых удлинителей и оправок для прокатных трубных станов без операций сверления и прошивки и т.д.

Изготовление кованых полых валов из сплошной заготовки, например валов электродвигателей и других валов, используемых в машиностроении для передачи крутящего момента. При передачи крутящего момента осевая зона вала не работает, поэтому по прочности полый вал может быть равноценен валу сплошному

Изготовление кованых сосудов высокого давления.

Технология не требует больших усилий ковки. Например, на РКМ усилием 1000 т.с. по паспорту можно ковать заготовки с максимальным диаметром 550 мм. При ковке по новой технологии усилия этой РКМ (1000 т.с.) хватит для деформирования сплошной заготовки диаметром 1000-1300 мм при получении из нее трубы диаметром 900-1200 мм. Существуют еще более мощные РКМ (усилием 1600, 2500, 4000 т.с.), на которых можно получать полые изделия диаметром 1500-3000 мм.

Новая технология может найти применение при изготовлении высококачественных толстостенных труб большого диаметра (1000-1300 мм с толщиной стенки 25-50 мм), работающих при внутреннем давлении более 15 МПа. Трубы могут быть использованы, например, при строительстве газо- и нефтепроводов при освоении шельфа арктических морей.

Технология позволяет получать цельнокованые трубы большого диаметра практически из любых по химическому составу сталей взамен сварных труб. Эта технология существенно повышает надежность трубопроводов, увеличивает их пропускную способность (можно подавать газ и нефть под большим давлением, чем по сварным трубам), а также позволяет получать трубы с любой толщиной стенки.

Направления развития технологии

При дальнейшем развитии технология может быть использована для:

Получения изделий с внутренними полостями.

Интенсификации проработки структуры металла в осевой зоне поковки (Вначале ковку ведут до получения закрытой осевой полости, а затем эту полость закрывают (заваривают) путем всесторонней деформации. При этом существенно (в 2-4 раза) уменьшается усилие ковки).

Предполагаемый экономический эффект

Согласно предварительным оценкам технология обеспечит:

экономию металла на 30-50 %, по сравнению с технологией, использующей сверление

уменьшение трудоемкости изготовления полых изделий

уменьшение технологических усилий ковки в 2-4 раза

получение длинномерных изделий, в том числе особо больших поперечных сечений с осевым отверстием практически из любых марок сталей и сплавов и любой длины, которая ограничивается только длиной исходной заготовки

Пилотные промышленные испытания

Технология прошла пилотные промышленные испытания на серийной радиально-ковочной машине усилием 160 т.с. при изготовлении полых изделий с наружным диаметром 40-200 мм из конструкционных легированных и инструментальных сталей, алюминия и алюминиевых сплавов, а также жаропрочных сплавов Существенные дефекты производства полых поковок, молоизученность и отсутствие теоретического обоснования расчета процессов ковки и широкое распространение для машиностроения поковок круглых сечений, как наиболее часто встречающихся деталей машин и механизмов, послужило условиями для использования в качестве примера использования метода расчета технологического процесса ковки.

Современная ковка пустотелых поковок применяет операцию протяжки на оправке как основную формоизменяющую, так и окончательно формирующую свойства металлоизделий. Традиционно она осуществляется комбинированными или вырезными бойками, а для формирования многоугольных полых сечений используются плоскопараллельные.

Данные схемы поперечного обжатия на оправке, как было доказано выше, не позволяют получить качественные поковки без торцевой неравномерности удлинения (бахромы), без трещин и складкообразования со стороны внутренней поверхности приторцевых частей поковки. В ГОСТ- 7069 на поковки получаемые ковкой на прессах и др. при подготовке производства уже закладывается до 6 припусков на диаметр концевых отходов. По заводским нормалям они достигают значений до 10-12. Все это снижает выход годного металла.

По данным АО “ЭЗТМ”, при производстве полых поковок типа бандажей (легированные стали 9Х и др.) из сплошных слитков коэффициент выхода годного металла колеблется в пределах от 48 до 52%, в том числе и технологические отходы операции протяжки на оправке. Это объясняется тем, что очаги деформации от бойков, выходящие на свободную торцевую поверхность поковки, формируют юбку “бахрому” за счет неравномерного удлинения в очаге деформации, а также при сводном макропотоке металла в уширение определяют трещино-складкообразование со стороны внутренней полости приторцевых частях заготовки. При наложении предыдущих очагов деформаций с последующими (суперпозиция очагов деформаций) они характеризуются появлением значительных дополнительных тангенциальных напряжений растяжения по границам стыков пластических зон. Эти напряжения и неравномерность удлинения на торцах и являются причинами образования торцевых трещин, особенно при ковке малопластичных сталей.

Разработанная и рассчитанная схема ковки - протяжки полых заготовок на оправке представляет поперечную деформацию исходной заготовки комбинированными бойками: верхний плоский, имеющий непрямолинейный фронт подачи с углом 2 = 900, нижний вырезной с углом выреза 1100 (наиболее оптимальная схема ковки). Значение угла непрямолинейности фронта подачи и угла выреза нижнего ромбического бойка выбрано таким, при котором неравномерность удлинения на торце откованных заготовок минимальна. С целью систематизации размеров исходной заготовки и для последующего расчета технологических параметров ковки и геометрических размеров деформирующего инструмента, в частности, ширины бойка Вб провели анализ номенклатуры полых поковок на прессе усилием 32 МН АО “Ижорский завод”

Анализу подвергались полые изделия из нержавеющих сталей как наиболее подверженных трещинообразованию на торцевых частях заготовки. Таким образом, полученные усредненные данные геометрических размеров исходной полой заготовки из нержавеющих сталей, использовали в дальнейшем для корректного расчета параметров технологического инструмента широкого сортамента поковок.

Исходные данные послужили для расчета и разработки рабочих чертежей деформирующего инструмента с непрямолинейным фронтом подачи для пресса усилием 32 МН.

При ковке-протяжке полой заготовки на оправке бойками с непрямолинейным фронтом подачи ковку необходимо начинать от торцов исходной заготовки. При этом вершина угла непрямолинейного фронта бойка в начале обжатий по периметру должна совпадать с торцевой плоскостью полой заготовки. Такими приемами обжатий дополнительно достигается более равномерное удлинение, что является необходимым условием деформации полой заготовки инструментом с непрямолинейным фронтом подачи. Это учтено при составлении инструкции ковки полых поковок № 361-76, "Технологическая инструкция ковки полых заготовок на оправке бойком с непрямолинейным фронтом подачи".

При разработке рабочих чертежей деформирующего инструмента, технологических инструкций разработки технологии данного процесса и инструкций ковки заложено условие, при котором абсолютная подача при протяжке на оправке равняется ширине бойка с непрямолинейным фронтом подачи. Средняя степень деформации за одно обжатие определялась пластичностью сталей при нижнем пределе температурного интервала ковки и для данных марок сталей не превышала 10 - 16%.

На основании обобщений и анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований решена научно-техническая проблема разработки методологических основ расчета технологических параметров ковки полых поковок круглого сечения с целью улучшения качества металла, повышения точности геометрических размеров поковок, увеличения выхода годного металла, которые апробированы при создании эффективных технологий производства поковок из труднодеформируемых и малопластичных сплавов

Усовершенствована методика определения характеристик напряженного состояния в очаге деформации при ковке методом линий скольжения с учетом упрочнения металла и деформационного разогрева, включающая расчет компонент деформаций тензора напряжений от внешней силы и термических напряжений от деформационного разогрева и упрочнения металла, а также оптимизацию параметров ковки по виду напряженного состояния в пластических зонах по отсутствию или минимизации величины и растягивающих напряжений по оси поковки.

Разработан комплекс прикладных программ для поэтапного расчета полей линий скольжения для известных реперных точек, лежащих в области определения пластической зоны. Алгоритм расчета включает определение компонент и инвариантов тензора напряжений в очаге деформаций при шаге разбивки веерного угла, стремящемуся к нулю.

С использованием принципа минимума полной энергии деформации и вариационных методов разработан математический аппарат и программное обеспечение для расчета ширины поверхности контакта при поперечной ковке полой заготовки на оправке плоскопараллельными и комбинированными бойками (верхний - плоский, нижний - вырезной ромбический).

Установлено, что при поперечной ковке круглой заготовки комбинированными бойками (верхний – плоский, нижний - вырезной ромбический) наиболее развитая область пластического течения металла в уширение заготовки наблюдается от воздействия плоского бойка. При этом плоскость стыковки макропотоков вытеснения металла в уширение от верхнего и нижнего инструмента располагается наклонно к горизонтальной оси симметрии заготовки, угол наклона которой зависит, в основном, от угла выреза нижнего бойка.

Для ковки протяжкой сплошной круглой заготовки расчетно-аналитическим методом установлено и экспериментально подтверждено, что при средних деформациях больше 5 % деформационное упрочнение металла значимо увеличивает величину сжимающих напряжений вблизи плоскости контакта инструмента и поверхности заготовки, что приводит к снижению величины растягивающих напряжений в осевой зоне поковки. Для значений деформаций меньше 5 % и при относительных подачах 0,8 и более деформационное упрочнение способствует как уменьшению растягивающих напряжений в осевой зоне поковки, так и их увеличению при подачах меньше 0,2 в зависимости от конкретных условий деформации, характеристик очага деформации и геометрических размеров заготовки.

Уточнены технологические параметры протяжки сплошной круглой заготовки комбинированными бойками (верхний плоский, нижний вырезной ромбический с углом выреза бойка 1200),при которых величина растягивающих напряжений в центральной зоне минимальна:

а) относительная подача в пределах 0,7-0,9;

б) степени относительной деформации с учетом упрочнения металла находится в пределах 15 - 20 %.

. При ковке симметричными ромбическими бойками с минимальной величиной растягивающих напряжений или равенством их нулю в центральной зоне поковки значения угла выреза инструмента находятся в пределах от 1400 до 1500. Разработана и внедрена в производство с целью повышения его экономичности схема ковки–протяжки полой заготовки инструментом с непрямолинейным фронтом подачи.

Показано, что применение верхнего бойка с непрямолинейным фронтом подачи при значении угла 900 и нижнего ромбического с углом выреза 1100 уменьшает неравномерность удлинения на торцах заготовки в ~3,5 раза.

Установлены и подтверждены результаты дополненной теории ковки, что применение бойков с непрямолинейным фронтом подачи в 2 - 3 раза уменьшает уширение заготовки, по сравнению с её уширением при традиционной ковке комбинированными бойками (верхний – плоский, нижний – вырезной ромбический).

Получены зависимости для расчета геометрических размеров бойка с непрямолинейным фронтом подачи, определяющие эффективность его работы. Определена область значений ширины бойка с непрямолинейным фронтом подачи и величин относительной подачи, сокращающие длительность операции ковки протяжки полой заготовки на 30% по сравнению с ковкой по серийной технологии со схемой протяжки на оправке полой заготовки комбинированными бойками.

Обоснованы и определены научные принципы ковки слитков и области эффективного использования разработанной системы расчета высокоэкономичных технологий ковки, разработаны направления ее адаптации при автоматизации технологических расчетов экономичных процессов производства качественных поковок из слитков при производстве сплошных и полых изделий.

2.Общая часть 

2.1 Эффективная энергосберегающая технология получения слитков

Новый способ отливки слитков (основоположник В.А. Малышев) в силу природы получения слитков были названы герметизированными или АВМ (автовакуумный металл), поскольку в процессе кристаллизации происходит герметизация усадочной полости внутри слитка, что препятствует проникновению извне газов в усадочную полость и развитию окислительных процессов в затвердевающем расплаве. Основным отличием способа является оптимизация режима термо-временного регулирования процесса затвердевания слитка.

Преимущества технологии:

 возможность прокатки слитков с повышенной энтальпией, что позволяет существенно снизить энергозатраты и повысить выход годного и качество металла;

 практически полное отсутствие осевой неоднородности, как химической, так и физической; в головном конце раската наблюдается существенное уменьшение балла ликвационного квадрата или его отсутствие, что исключает перевод таких изделий как рельсы в более низкую категорию качества;

 для его реализации не требуются капитальные затраты (текущие затраты на изготовление оснастки для слитков АВМ не превышают текущих затрат на изготовление оснастки для слитков с прибыльной частью).

 технология получения слитков АВМ не предусматривает использования, как химических закупоривателей, так и теплоизолирующих смесей, что способствует экологической чистоте разливки слитков АВМ.

Основные технико-экономические показатели технологии получения слитков АВМ:

1. Уменьшение головной обрези листовых слитков с 18-20% до 3-3,5%.

2. Снижение головной обрези сортовых слитков на 5 – 15 %.

3.  Снижение до 0,5% головной обрези слитков полуспокойной стали (выход годного до 95%).

4.  Снижение затрат на подготовку сталеразливочных составов на 10-15% вследствие исключения операций на изготовление, эксплуатацию и ремонт футерованных прибыльных надставок.

5. Снижение расхода энергоносителей на нагрев слитков в нагревательных колодцах на 14-17%.

6.  Снижение вредных выбросов в атмосферу на 15-20%.

7.  Только за счет повышения выхода годного при применении технологии АВМ составит от 10 долларов США на одну тонну металла. Например, при внедрении предложенной технологии на меткомбинате «Азовсталь» эффект от сокращения обрези должен составить более 10 млн. долларов в год.

8. Экономический эффект за счет энергосбережения будет не меньше, чем эффект от повышения выхода годного.

Выводы:

1. Технология получения слитков АВМ позволяет:

1.1. Одновременно улучшить технологические, энергетические и экологические показатели производства слитков при одновременном повышении качества металла.

1.2. Увеличить производительность металлургического производства, в том числе и кузнечно-прессового.

1.3. Внедрить прокатку слитков с повышенной энтальпией, что позволит дополнительно снизить энергоемкость производства и повысить качество продукции.

1.4. Поэтапно отрабатывать и внедрять ее в производство, существенно улучшая его технико-экономические и экологические показатели.

2. Экономия от внедрения технологии АВМ для рядовых марок сталей превысит 20 долларов США на тонне, для дорогих марок сталей экономия значительно выше.

2.2 Технология получения поковок (общая технология)

При изготовлении поковок любой формы и размеров способом свободной ковки пользуются предварительно разработанной технологией. Технологические процессы весьма разнообразны, но все они представляют различные сочетания основных кузнечных операций - осадки (высадки), вытяжки, прошивки, гибки, закручивания, рубки и кузнечной сварки.

Осадкой называется операция, посредством которой увеличивают поперечное сечение исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты. Осадкой получают заготовки для зубчатых колес, фланцев, турбинных дисков с большим поперечным сечением при относительно малой высоте из заготовок меньшего поперечного сечения.. Осадку как предварительную операцию перед прошивкой применяют при изготовлении пустотелых поковок (кольца, барабаны), а иногда как предварительную операцию для уничтожения дендритной структуры слитка, повышения его качества, вскрытия пороков слитка перед его обработкой и для повышения степени уковки при последующей вытяжке. Местная осадка, применяемая к части заготовки, называется высадкой. Примером высадки служит операция получения головки болта, когда заготовкой является пруток диаметром, равным диаметру болта.

Вытяжкой называют операцию, с помощью которой увеличивают длин у заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения (валы прямые и с уступами, тяги и др.). Для вытяжки применяют бойки (плоские, вырезные и др.), обжимки. При вытяжке крупных поковок применяют патроны для удерживания и кантовки заготовки, а также другой инструмент. Вытяжку осуществляют последовательными ударами или нажатиями с подачей заготовки вдоль оси и поворотом ее вокруг этой оси. Два последовательных обжима с промежуточной кантовкой на 90° называют переходом, за которым следует подача. Отношение площади поперечного сечения заготовки к полученной площади сечения поковки называют степенью уковки. Разновидностью вытяжки могут быть разгонка, вытяжка с оправкой, вытяжка на оправке. Разгонка применяется тогда, когда необходимо металл раздать в стороны. Вытяжка с оправкой увеличивает длину пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины стенок. Внутренний диаметр определяется диаметром оправки. Вытяжка на оправке (раздача отверстия) увеличивает одновременно наружный и внутренний диаметры пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок.

Прошивка  - операция, посредством которой в заготовке получают отверстие (сквозная прошивка) или углубление (глухая прошивка). Прошивни бывают как цилиндрической формы, так и фасонные. Отверстия диаметром до 400 мм выполняют сплошными прошивнями, а свыше 400 мм - пустотелыми. Если высота прошивня недостаточна, пользуются надставками, которые для уменьшения трения делают на 20-30 мм меньше наружного диаметра прошивня. Отход при прошивке называют выдрой.

Гибкой называют операцию, посредством которой меняют направление оси заготовки с целью получения продукции заданной формы. Гибка сопровождается искажением поперечного сечения исходной заготовки и уменьшением ее площади. При гибке возможно образование складок по внутреннему контуру и трещин по наружному. Для получения в зоне изгиба сечения заданных размеров заготовке заранее придают на этом участке увеличенные поперечные размеры.

Закручивание - операция, посредством которой одну часть заготовки поворачивают по отношению к другой вокруг общей оси. Закручивание применяется при изготовлении коленчатых валов с расположением колен в различных плоскостях, спиральных сверл и т. д. Инструментом для закручивания служат вилки, воротки и др.

Рубкой называют операцию, посредством которой заготовки разделяют или только подразделяют (надрубка) на части Рубку иногда следует рассматривать как заготовительную операцию, например, при подготовке мерных заготовок или при удалении донной и прибыльной частей слитка. К рубке прибегают при ковке поковок для удаления излишнего металла, а также при ковке фигурных поковок. Инструментами рубки являются топоры и надставки. Рубка связана с отходом металла, поэтому ее следует применять только при необходимости. Кузнечная сварка - операция, посредством которой с помощью местного нагрева и механического воздействия соединяют в одно целое части или концы свариваемой поковки. Кузнечную сварку применяют для сравнительно мелких поковок. Кузнечной сваркой хорошо сваривается сталь, содержащая до 0,3% углерода. Примеси в стали снижают ее свариваемость. Сварка осуществляется в зоне высоких температур. Для получения качественного соединения при нагреве заготовок применяют флюсы в виде чистого мелкого речного песка и буры или их смеси. Нагретые заготовки в свариваемых местах посыпают флюсом, который нагревается и вступает в реакцию с окалиной, в результате чего образуется шлак. Шлак покрывает металл жидкой коркой и предохраняет его от окисления. Перед сваркой шлак сбивают и ударами, наносимыми по свариваемым заготовкам в быстром темпе, производят сварку в один прием.

Допуском на ковку называют допустимое отклонение от номинального размера поковки, проставленного в чертеже. Если припуски предусматривают в местах, подлежащих обработке резанием, то допуски - на всех участках, в том числе и на тех, которые не подвергаются механической обработке.

Выбор слитков. При ковке крупных поковок пользуются заготовками в виде слитков, вес которых определяют по формуле

Gзаг = Gпк + Gnp + Gдн + Gуг + Gоб,

где Gзаг - вес исходной заготовки;

Gпк - вес поковки;

Gnp - вес отхода с прибыльной части слитка;

Gдн - вес отхода с донной части слитка;

Gуг - вес отхода на угар;

Gоб - вес отхода на обсечки.

Вес отхода с прибыльной части слитка принимают обычно не менее 20%, а с нижней донной части не менее 5% от общего веса слитка. Вес отхода на угар составляет 2-3% от веса нагреваемого металла на каждый нагрев и 1,5-2% на каждый подогрев, производимые в обычных нагревательных печах. Вес отхода на обсечки зависит от сложности поковок и принятого технологического процесса.

При ковке из прокатанной заготовки слагаемые Gnp и Gдн из формулы исключаются. При изготовлении поковок вытяжкой поперечное сечение заготовки берется больше максимального поперечного сечения поковки с тем, чтобы получить определенную степень уковки, обеспечивающую наилучшие для данной поковки механические качества.

Особенности конструирования поковок. Затраты труда и энергии на изготовление поковки будут тем меньше, чем технологичнее сконструирована она. При конструировании деталей необходимо иметь в виду, что поковки, изготовляемые свободной ковкой, должны быть наиболее простыми, прямыми, симметричными, очерченные цилиндрическими поверхностями или плоскостями. В местах сложной конфигурации прибегают к напускам в целях упрощения поковки. Следует избегать в поковках конических и клиновых форм, ребристых сечений.

Ковка под молотом с помощью рельсового кантователя и автоматизация трудоемких работ. В кузнечных цехах свободной ковки автоматизацию применяют при измерении температур во время нагрева металла, при особенно точном измерении температур во время нагрева и ковки легированной стали. Механизация в процессе ковки на прессах или молотах осуществляется при помощи кантователей и манипуляторов. Иногда манипуляторы спаривают с мостовыми кранами. Применение манипуляторов для загрузки заготовок в печь, извлечения их из печи, подачи заготовок под пресс или молот, кантовки и перемещения заготовок в процессе ковки является эффективным средством для повышения производительности и облегчения условий труда. Грузоподъемность манипуляторов достигает 100 т.

В целях улучшения условий эксплуатации, оборудования необходимо его оснащать специальными устройствами, определяющими усилие, возникшее в процессе деформирования металлической заготовки. Кроме этого, в целях предотвращения поломок при эксплуатации необходимо оборудование обеспечивать предохранительным устройством.

Механизация и автоматизация технологических процессов ведет к повышению производительности труда.

2.3 Разработка режимов нагрева

Температурный интервал ковки является одним из основных термомеханических параметров, без знания которого невозможна разработка технологического процесса ковки. Под термином «температурный интервал ковки» подразумевается максимальная температура нагрева металла в печи и температура окончания ковки поковки.

Температурный интервал ковки имеет верхний и нижний пределы. Для одной и той же стали (сплава) температурные интервалы ковки и штамповки могут иметь разные значения. Объясняется это тем, что ковка проводится за несколько ударов молота или ходов пресса (дробная деформация), а штамповка на механических прессах или и на автоматах (кроме молотов), как правило, за один ход. Тепловой эффект деформации и потеря тепла при ковке и штамповке разные.

Максимальная температура нагрева металла в печи перед ковкой, т. е. верхний предел температурного интервала ковки, не совпадает с температурой начала ковки, а всегда выше последней. Объясняется это тем, что при переносе металла из печи к кузнечному агрегату температура поверхностных слоев нагретого тела снижается из-за потери тепла излучением в

окружающую среду, а также теплопроводностью через инструмент и конвективными потоками. Температура внутренних слоев массивных слитков и заготовок остается на том же уровне, что была в печи. Нижний предел температурного интервала ковки — это температура поверхности поковки в момент последнего хода пресса или удара молота.

Температурный интервал ковки зависит от химического состава стали(сплава), металлургической технологии, структуры (литая или деформированная), скорости деформирования (молот, пресс), степени деформации (дробная или единичная, частная и суммарная), схемы напряженного состояния (осадка, протяжка, отрубка) и массы поковки.

Чем сложней химический состав,  тем .уже температурный интервал ковки Так, например, у стали 20 температурный интервал ковки 1280—700 °С, т. е. составляет 580°, а у сплава ХН35ВТЮ — 1170—900 °С, т. е. только 270°. Слитки в зависимости .от химического состава в ряде случаев имеют более узкий или более широкий температурный интервал ковки, чем заготовки. Однако возможность перегрева металла с литой структурой исключена, а с деформированной вполне реальна.

Схема напряженного состояния также влияет на температурный интервал ковки. Для протяжки, где преобладают растягивающие напряжения, температура нагрева должна быть выше, чем для осадки, где преобладают сжимающие напряжения. Масса поковки влияет на сохранение температуры металла и на тепловой эффект. При ковке крупных поковок тепловой эффект выше, чем при ковке мелких заготовок, так как с увеличением массы металла отношение площади О свободной поверхности к объему V уменьшается. В то же время работа деформации с увеличением размеров слитка (по- (поковки) растет.

А при ковке крупных поковок тепловыделение внутри поковки за счет теплового эффекта возрастает. Очаг деформации у крупных поковок более удален от контактных и свободной поверхностей, чем у мелких заготовок. Оба фактора — большее тепловыделение и меньшая удельная потеря тепла — обусловливают у крупных поковок температуру осевой зоны более высокую, чем у мелких заготовок. Повышение температуры нагрева слитка перед ковкой и снижение температуры поверхности в конце ковки в сочетании с тепловым эффектом за

счет работы деформации повышают градиент температур между поверхностью и осевок зоной. Благодаря этому увеличивается доля сжимающих напряжений, действующих на осевую

зону в процессе протяжки.

Повышение температуры нагрева слитка способствует росту пластичности, интенсифицирует диффузионные процессы: гомогенизацию химического

состава и структуры, рекристаллизацию и, как следствие, разупрочнение и «залечивание» дефектов. Все это позволяет вести ковку с большими обжатиями за ход пресса, сократить число подогревов, повысить качество поковок и производительность ковки. Понижение температуры конца ковки в ряде случаев действует в этом же  направлении.

Учитывая все перечисленное, следует различать допустимый и рациональный температурные интервалы ковки. Допустимый интервал является универсальной характеристикой данной стали (сплава) для обработки давлением. Он не зависит от размеров и формы поковки, процесса, операции, оборудования и др. Допустимый температурный интервал ковки устанавливают результатам исследования, а образцах механических свойств пластичности, сопротивления деформации и упрочнения), а также рекристаллизации (первичной, собирательной и вторичной) металла, подлежащего деформации.

Рациональный интервал устанавливают на основе допустимого интервала и опыта освоения

технологического процесса изготовления конкретной поковки в конкретных условиях данного кузнечного цеха (кузнечнопрессовое , оборудование, печь, расстояние от печи до машины,

инструмент и т. п.) и последующей термической обработки с учетом требований к металлу поковки по ТУ. Если  нет , температурный интервал должен быть таким, чтобы обеспечивались наилучшая структура, свойства металла поковки.

3.Специальная часть

3.1 Конструирование чертежа поковки

Для детали необходимо получить заготовку методом свободной ковки на прессе.

Выбираем  сталь – 38Х2Н2МА.

1.Вес детали

G дет.= 1787 кг

Vдет = 228558134  мм3

2. Составление чертежа поковки

Соотношение размеров: L ≥ 0.3D1 ;    h1,2≥12 мм

Припуски на механическую обработку и предельные  отклонения  будем  брать  из таблиц 2,4,5  (ГОСТ 7062-90).

  1.  На 545 мм припуск 25 ± 9 мм.   На размер 470 мм припуск 15 ± 14 мм
  2.  На 420 мм припуск 30 ± 8 мм.   На размер 345 мм припуск  ± 21 мм
  3.  На 380 мм припуск 30 ± 9 мм.   На размер 465 мм припуск  ± 22 мм
  4.  На 290 мм припуск30 ± 7 мм.    На размер 290 мм припуск  ± 11 мм
  5.  На 300 мм припуск 30 ± 7 мм.   На размер 90  мм припуск  ± 5 мм
  6.  На 220 мм припуск 35 ± 7 мм.   На размер 250 мм припуск  ± 11 мм

3.2 Расчет и выбор исходной заготовки. Определение типа, числа и последовательности кузнечных операций.

а) Расчет и выбор исходной заготовки

Определение размеров, формы и массы заготовки.

Объем поковки

 Vпок = 308 483 431 мм3

Масса поковки

   G пок.= 2412 кг

Масса годной части заготовки

  G заг. = G пок + G уг

Массу угара принимаем 3% массы нагреваемого металла за нагрев

     G заг. = G пок / (1-0,03)

     G заг. = 2412/(1-0,03) = 2485 кг

На основе полученных  данных о массе годной части заготовки выбираем слиток с приведенными ниже характеристиками

Масса слитка полная

3500 кг

Масса годной части слитка

2730 кг

Масса прибыльной части слитка

700 кг

Масса донной части слитка

77 кг

Н

1300 мм

С

545 мм

С1

620 мм

Выход годного:  ηгод =  G пок / G заг * 100%

                                        ηгод =  2412 / 3500 * 100% = 69%

 Коэффициент расхода металла :  Кр = 1/ ηгод

                                                        Кр = 1/ 0,69 = 1,45

Коэффициент использования металла : Ки = G дет / G заг * 100%

                                                                   Ки = 1787 / 2412 * 100% = 74.08 %

б) Определение типа, числа и последовательности кузнечных операций

  1.  Нагрев

 Сталь    38Х2НХМА

Слиток 3500 кг

ВТК         НТК

1180о         800о

Время нагрева заготовки будет:

Нагрев заготовки будем производить в 2 этапа, т.к. наша заготовка является холодным слитком из высокоуглеродистой стали.

                            τ1  = 4 ч, выдержка 2 ч.

                            τ2 =  2 ч, выдержка 2 ч.

Общее время нагрева 8ч.

Где τ1 – время нагрева от 0 до 750 оС (первый этап)

τ2 – время нагрева от 750 до 1180 оС (второй этап)

Между этапами необходимо осуществить выдержку для выравнивания температуры по сечению металла с тем, чтобы фазовые превращения происходили при минимальном температурном градиенте (переход в аустенит). Большие перепады температур между поверхностью и сердцевиной заготовки приводят к термическим напряжениям, которые в свою очередь, грозят образованием макро- и микротрещин при нагреве.

  1.  Рубка донной части

G дон = 77 кг

  1.  Биллетировка

Т. к. длина получаемого биллета превышает нормальную, допускается производить скругление слитка при сохранении конусности.

  1.  Осадка в кольце на 770 мм

Lц=(1.3÷1.5)Dц

Dц=450 мм        (по диаграмме)

Lц= 585 мм

Проверяем VцVпр

Vц=0,16 м3                    Vпр=0,089 м3

  1.  Протяжка на диаметр 570±9

V=354 737 237 мм3

Получается длина L1350 мм

  1.  Производим разметку поковки на длины необходимые для получения оставшихся диаметров. Применяем закон постоянства объёмов.
  2.  Откладываем 130 мм на ковку размеров 255±11 и 90±5 и 585±14 мм оставляем на основное сечение.
  3.  Производим протяжку оставшейся части поковки на 450±8, откладываем размер 345±21.
  4.  Протягиваем поковку на 410±8, откладываем размер 465±22.
  5.   Протягиваем оставшуюся часть поковки на 320±7, откладываем размер 250±11 и отрубаем оставшуюся часть.
  6.  Переворачиваем поковку и берём за 410±8.
  7.   Протягиваем часть поковки  на 330±7 вместе с цапфой, откладываем 90±5.
  8.  Протягиваем оставшуюся часть поковки на 255±7, откладываем размер 255±11 и отрубаем прибыльную часть поковки.
  9.   В термоотдел.
  10.  Склад готовой продукции

3.3 Связь технологии ковки и термического режима

Тк = То

Слиток  3.5 т

Рассчитаем время охлаждения  исходного слитка

Tохл.= 0,006 ΔТ Do

Tохл.= 0,006 (1180-800) * 550 = 0,35 ч = 20,9 мин.

Рассчитаем время ковки за каждую операцию

Для этого используем  нормы штучного времени ковки завода ЭЗТМ

  1.  Биллетировка

                      Тк1= 0,14 ч.         

  1.  Рубка донной части

                 

                       Тк2= 0,05 ч.

+ время  «убрать обрубок = 0,01 ч»

  1.  Осадка

          Тк3=0,13 ч.           +0,015 убрать в печь.

Т.к. Тк >To, следовательно, перед протяжкой на 570±9 необходим подогрев

Рассчитаем время охлаждения слитка после второго   подогрева

Tохл.= 0,006 ΔТ Do

Tохл.= 0,006 (1180-800) * 770 = 0,5 ч .

   4. Ковка вала с 6-ю уступами:

          Тк4= 0,35 ч.           +0,023 подать под пресс.

 

   5. Рубка цапфы и излишка

     Тк7= 0,08*2=0,14 ч           

3.4 Расчет усилий и выбор типоразмера оборудования деформации.

  1.  Осадка на диаметр 770

Р1 = ψ (1+0,17* Dпок./ Нпок) σт * F* 10-6

Где ψ – масштабный коэффициент,

      F – площадь поперечного сечения поковки после осадки,

      σт - напряжение текучести металла при температуре осадки

         F = πDо2/4 = 3,14 = 465 426 мм2

Р1 = 0,75 (1+0,17* 770/ 770) 11 * 465 426* 10-6 =4.49  МН

Выбираем  усилие Рмах за весь технологический цикл :

Рмах = 4,5 МН;

Р ном = 800 кт

Выбираем ковочный  пресс «800» номинальным усилием 8 МН

Ступени усилия,МН

20;40;60

Ход подвижной траверсы,мм

900

Расстояние между столом и траверсой,мм

2120

Расстояние между колоннами, мм

1650х4050

Размеры рабочей поверхности стола, мм

1000х1250

Ход стола в обе стороны, мм

360х1060

Масса, т

160

3.5 Расчет и выбор технологического инструмента.

  1.  Протяжка :

Плоские бойки : Ширина а =7 00мм

                            Длина =  1400 мм

Радиус скругления рабочей кромки = 20 мм

  1.  Рубка :  - топор двусторонний

320 мм – диаметр отрубаемой части

 

  1.  Приспособления:

 - Клещи охватывающие (для слитка; материал Ст 3)

4.Технико-экономические показатели

4.1 Определение время изготовления одной поковки

 Определяем общее время ковки:

 

Тк = Тк1+ Тк2+ Тк3+ Тк4+ Тк5 = 0.14+0.06+0.145+0.373+0.155 = 0,858 ч

     Также необходимо учесть время на :

- загрузку заготовки в печь 3,5т = 0,035ч

-выдача заготовки из печи  = 0,023ч

- уборку поковки от пресса = 0,015 ч

- уборку обрубка = 0,015 ч

Тк = 0,858 +2*0,035+2*0,02+0,015+2*0,01 = 0,988 ч

Тк = 0,988ч + 10% на обслуживание = 1,09 ч

Часовая производительность = Тк/Gпок = 1,09/2,412т = 0,45 ч/т

Список использованной литературы:

 

  1.  ГОСТ 7062-90. Поковки, изготовляемые ковкой на прессах
  2.  Ковка и штамповка. Справочник т.1 под редакцией Е.И. Семенова, 1985г.
  3.  Ковка и объемная штамповка. Учебник для ВУЗов. Е.И. Семенов, 1972 г.
  4.  Теория  и технология ковки и прессования  (учебно-методическое пособие)
  5.  Технология КШП, Охрименко Я.М.


Входная информация

редварительный выбор вида заготовки

Конструирование поковки без напусков

Предварительный  выбор пресса

Конструирование технологичной поковки

Уточнение выбора пресса по параметрам поковки

Определение технологических параметров  ковки

Определение размеров и выбор вида заготовки

Уточнение выбора пресса по параметрам заготовки

Проверка соответствия заданного вида заготовки и выбранной

Выбор термического интервала ковки

Выбор способа охлаждения

Выбор технологических переходов

Разработка эскизов

Расчет нормы времени на ковку

Расчет усилий и окончательный выбор пресса

Выходная информация

ВХОД

Приложение №3

Алгоритм ковки ЭВМ

Не пригоден

пригоден

Не пригоден

пригоден

соответствует

ВЫХОД

Не соответствует


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37249. Организация файловой системы 399 KB
  Файловая система определяет где и каким образом на носителе будут записаны файлы и представляет операционной системе доступ к этим файлам. Любая файловая система предназначена для хранения информации о физическом размещении частей файла. От файловой системы требуется четкое выполнение следующих действий: Определение физического расположения частей файла; Определение наличия свободного места и выделение его для вновь создаваемых файлов.
37250. Работа с формулами 410.46 KB
  В Excel в качестве операнда могут выступать константы ссылки на ячейки имена или функции значения которых будут использованы. Пересчет можно провести непосредственно из окна Параметры: кнопка Вычислить F9 вычисление значений для всех открытых листов включая таблицы данных а также обновление всех открытых диаграмм; кнопка Пересчет листа выполнение расчетов по текущему листу а также по связанным с ним диаграммами и таблицами данных Ошибка Если пользователь допустил ошибку в ячейке с формулой появится одно из следующих...
37251. Материнская плата 224 KB
  На заре развития персональной вычислительной техники в общей области оперативной памяти существовала небольшая выделенная экранная область памяти в которую процессор заносил данные об изображении. Специальный контроллер экрана считывал данные о яркости отдельных точек экрана из ячеек памяти этой области и в соответствии с ними управлял разверткой горизонтального луча электронной пушки монитора. С переходом от чернобелых мониторов к цветным и с увеличением разрешения экрана количества точек по вертикали и горизонтали области видеопамяти...
37252. Архивирование 52 KB
  Программы архивации файлов (архиваторы) служат для сжатия файлов, что позволяет хранить их на меньших дисковых объемах.
37253. Антивирусные программы 61 KB
  компьютерных вирусов. Однако большинство специалистов сходятся на мысли что компьютерные вирусы как таковые впервые появились в 1986 году хотя исторически возникновение вирусов тесно связано с идеей создания самовоспроизводящихся программ. Одним из пионеров среди компьютерных вирусов считается вирус Brin созданный пакистанским программистом по фамилии Алви.
37254. Данные. Кодирование данных 542.5 KB
  Кодирование данных. Кодирование данных: числовых текстовых графических и звуковых. Основные структуры данных. Обработка данных включает в себя множество различных операций.
37255. Классификация служебного ПО 32 KB
  Кратко опишем некоторые разновидности утилит: программы контроля тестирования и диагностики которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности; программыдрайверы которые расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами вводавывода оперативной памятью и т.; с помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;...
37256. Корпус ПК 849 KB
  В этом стандарте определяются требования к расположению слотов разъемов портов отверстий для крепления материнской платы к шасси корпуса к спецификации разъема блока питания и т. В свою очередь формфактор платы налагает определенные ограничения на дизайн корпуса системного блока и самого блока питания. К ним относятся: Объем корпуса и его импеданс; Толщина стенок корпуса; Количество установочных мест для жестких дисков; Способы крепления для жестких дисков; Способы фиксации интерфейсных карт и кожуха корпуса; Количество...
37257. Прикладные программы для MS Windows. Текстовый редактор MS Word 534.5 KB
  Форматирование как правило включает: установку левой границы абзаца текста; установку правой границы абзаца текста; сдвиг начала первой строки абзаца относительно его левой границы; разбиение текста на страницы и др. Текст документа можно разбивать на страницы. Эти параметры могут содержать: установку межстрочного промежутка в интервалах; установку длины страницы в интервалах; установку номера первой страницы документа. В ряде текстовых процессоров вверху каждой страницы кроме ее номера может размещаться строка с постоянной информацией...