Технологических операций ковки

1. Начертить на полном развернутом листе тетради (формат А4) форму технологической карты (табл.2).

2. Разработать чертеж поковки.

Чертеж поковки составляется на основании чертежа готовой детали. Размеры готовой детали увеличивают на величину припусков, напусков и назначают допуск на ковку.

Припуск – предусмотренное увеличение размеров поковки против указанных на чертеже готовой детали на величину, обеспечивающую получение после обработки поковки резанием требуемых размеров и надлежащей чистоты поверхности детали.

Напуск – увеличение припуска, упрощающее конфигурацию поковки ввиду невозможности или нерентабельности изготовлять поковку в соответствии с контурами готовой детали. Например, поковка без отверстия, имеющегося в детали; на поковке не откована выемка и т.д.

Допуск – обусловленное чертежом допускаемое отклонение размеров готовой поковки от ее номинальных размеров, поставленных на чертеже.

Припуски и допуски назначаются в зависимости от размеров и конфигурации поковок. Величины припусков и допусков на поковки при изготовлении их на молотах приведены в табл. 5 и 6.

Чертеж поковки обычно вычерчивается жирными линиями, а внутри его вычерчивается готовая деталь. Сверху или в разрыве размерных линий проставляются размеры поковки с допусками, а снизу размеры готовой детали, обычно в скобках.

2.1. При варианте I (фланец) решить вопрос о выполнении отверстия в поковке. Упрощенный подход: если отношение длины отверстия (l_r) к диаметру отверстия (d_s) больше 2, то отверстие ковкой не выполняется; в этом случае на эскизе его зачеркивают тонкими линиями (так обозначают упрощение формы, т.е. напуск).

2.2. На отдельном одинарном листе оформить расчет характеристик технологического процесса для фланца (табл.3) или для вала (табл. 4). Для чего слева вписать величины исходных данных, справа расположить таблицы расчетных значений.

С помощью табл.5 и 6 определить припуски на механическую обработку и допуски на размеры детали.

Пример для вала. Длины детали по размерам А, Б, В равны соответственно 430, 172 и 128 мм, а диаметры по размерам Е, Д, Г соответственно 200, 230 и 150 мм.

Определение припусков и допусков начинают с общей длины детали, в нашем случае с размера А. Находим в табл.5 строку "Длина детали" 251-500, в интервал значений которой входит размер А (430 мм). На максимальный размер диаметра Д (230 мм), который входит в интервал значений столбца "181-250", находим припуск и допуск, равные 36±12. На длину по размеру В (128 мм) припуск и допуск, определенные по значению диаметра Д (230 мм), равны 36±12.

Особое внимание обратить на размеры по длинам Б и X, по ним в данном случае изменения не происходит из-за параллельного смещения частей длин в одну сторону.

Размер поковки по длине Б останется равным 172 мм с допуском ±l2. Размер по длине Х определится как разность l_X = l_A - (l_Б +l_В) = 130±12.

Припуск и допуск на размер диаметра Е (200 мм) находятся в столбце с интервалом значений 181-250, в который входят рассматриваемый диаметр, равен Аналогично припуски с допусками для диаметров Д (230 мм) и Г (150 мм) будут иметь соответственно значения и 10±3.

Если в табл.5 в строке "До 250" нет припуска (указан прочерк), то назначают последний значащий припуск по строке.

В раздел "Исходные данные" табл. З, 4 значения длин и диаметров записывают как сумму соответствующего размера и припуска с допуском в миллиметрах, а окончательный номинальный размер, участвующий в расчетах, в сантиметрах. Например:

l_A = 430 + 36±12 = 466 мм = 46,6 см,

d_Д = 230 + = 242 мм = 24,2 см,

l_Б = 172 ± 12 = 17,2 см.

На эскиз поковки наносят размеры как сумму размеров детали и соответствующих припусков, указывают допуски в миллиметрах, причем для наглядности по размерным линиям поковки, снизу в скобках, проставляют размеры по соответствующему варианту (см. табл.2).

2.3. Начертить в технологической карте (слева) тонкими линиями заданную деталь, затем толстыми линиями с учетом припусков – поковку.

 

 

Таблица I

Индивидуальные задания

Индекс	А	Б	В	Г	Д	Е	Материал	Деталь
Вариант I. Ковка фланца (размеры в мм)
1-1						-	Ст 3
1-2						-	Сталь 45
1-3						-	Ст 5
1-4						-	15ХНМ
1-5						-	50Г
1-6						-	5ХНВ
1-7						-	Сталь 50
Вариант 2. Ковка вала (размеры в мм)
2-1							Ст 5
2-2							Ст 3
2-3							Сталь 45
2-4							Ст 5
2-5							Ст 5
2-6							Ст 3
2-7							Сталь 45Х

 

поковка	Вес, кг		Эскиз заготовки L	группа		Продолжительность нагрева, мин
заготовка	Вес, кг		Температурный интервал ковки, ºС	конец	750-800
Начало (нагрев	1250-1200		1250-1200
Профиль, сечение		Выполнил	Проверил
Тип нагревательного устройства	Пламенная печь		Пламенная печь
материал
Эскиз операции
Мерительный, вспомогательный инструмент		Кронциркуль, линейка
Основ­ной инст­румент		Бойки комбини­рованные
оборудо­вание		ПВМ, 3,15т, манипуля­тор
Наименование операции	Нагрев	Вытяжка по всей длине до ø252	Подогрев Охлаждение в яме
№ операции

Таблица 3

Расчет размеров заготовки и характеристик

технологического процесса (фланец)

 

Исходные данные для расчета:	№ п/п	Характеристика	Расчетные значения
1. lr =280+42±12=322=32,2 см 2. lД = 3. lx = 4. dA= 5. dB= 6. γ =7,85 г/см3 7. k =12,5 (25)		Vпок = π (r lД + r lx) см3
	Рпок = Vпок γ,кг
	Рзаг = Рпок 1,07, кг
	Vзаг = Рзаг /γ, см3
	dзаг = , см
	Fзаг = π d /4, см2
	lзаг = Vзаг / Fзаг , см
	Т, ºС: начало ковки конец ковки
	τнагрева = k dзаг , ч dзаг – в метрах
	РТ пад. частей, т

 

Таблица 4

Расчет размеров заготовки и характеристик

технологического процесса (вал)

 

Исходные данные для расчета:	№ п/п	Характеристика	Расчетные значения
1. lА =300+36±12=336=33,6 см 2. lБ= 3. lВ= 4. lx= 5. dr= 6. dД = 7. dЕ = 8. γ =7,85 г/см3 9. y =1,3 k =12,5 (25)		Vпок= π (r lБ+r lВ+r lx) см3
	Рпок = Vпок γ,кг
	Рзаг = Рпок 1,07, кг
	Vзаг = Рзаг /γ, см3
	Fзаг = y π r , см2
	dзаг = , см
	lзаг = Vзаг / Fзаг , см
	Т, ºС: начало ковки конец ковки
	τнагрева = k dзаг , ч dзаг – в метрах
	РТ пад. частей, т

 

Таблица 5

Припуски и допускаемые отклонения на сплошные поковки

круглого и квадратного сечений с уступами и выемками

 

Длина детали	Размеры детали, на которые начисляются припуски и допуски	Диаметр, d
25-50	51-80	81-120	121-180	181-250	251-360
Припуски а и b и допуски, мм
До 250	d l	15±6	6±2   18±6	8±3   24±8	8±3   24±8	-   -	-   -
251-500	d l	6±2   18±6	24±8	9±3   27±10	10±3   30±10	36±12	42±12
501-800	d l	7±2   20±6	27±8	10±3   30±10	36±12	13±4   40±12	15±5   45±15

Таблица 6

Припуски и допускаемые отклонения на поковки цилиндров с отверстиями

 

Высота детали, мм	Диаметр детали, мм	Припуски и допуски, мм
На высоту	На диаметр	На диаметр при разности
До 60	61-130	130-180
60-120 122-180 181-250 251-360 251-360 361-530	60-120 60-180 120-250 180-250 251-360 251-360	14±5 17±6 19±6 22±8 24±10 27±10	14±4 16±5 18±6 23±7 23±7 25±9	17±4 19±5 22±6 26±7 26±7 28±9	- 20±5 22±6 27±8 27±8 29±9	- - 23±6 28±8 28±8 30±9

3. Рассчитать размеры и вес требуемой заготовки по формулам табл.З. или 4.

Принцип расчета: объем заготовки должен быть больше объема поковки на величину угара и обсечки, при этом размеры заготовки не должны совпадать с размерами поковки.

Угар - потери металла с окалиной при нагреве в атмосфере пламенной печи, принимается 2-3% от веса поковки на один нагрев и дополнительно 1,5-2% на каждый последующий подогрев.

Обсечка - дополнительный к поковке металл на конусность торцов при рубке заготовки на длину (примерно 5% от веса поковки).

3.1. По номинальным размерам поковки (в сантиметрах) рассчитать объем поковки (см³) как сумму объемов соответствующих цилиндров:

,

 

где r_i, l_i - радиус и длина соответствующего цилиндра, см.

3.2. Определить вес поковки (г)

Р_пок = V_пок γ,

где -γ - плотность стыка, равная 7,85 г/см³ (вес перевести в кг).

3.3. Определить вес заготовки (в г):

Р_заг = 0,05Р_пок + 0,02Р_пок + Р_пок = 1,07Р_пок, г

 

где 0,05 и 0,02 - соответственно, увеличение веса на обсечку и угар при нагреве.

 

 

3.4. Вычислить объем заготовки (в см³)

V_заг = P_заг / γ

Вес заготовки Р_заг - в граммах.

Далее расчеты для фланца и вала ведутся равными путями.

3.5. Для фланца (см. табл.З) определить:

- диаметр заготовки (в см)

d_заг = ;

 

- сечение заготовки (см²)

F_{заг = ;}

 

- длину заготовки (см)

l_заг= ;

 

3.6. Для вала (см. табл.4) определить:

- площадь сечения заготовки по максимальному диаметру поковки (см):

F_заг = yπr²пок. макс

 

где у = 1,3 - коэффициент уковки для заготовки из проката (при ковке из отливок у = 3);

- диаметр заготовки (см)

d_заг = ,

- длину заготовки (см)

l_{заг =} .

Проверку результатов вычисления следует проводить путем сравнения объема заготовки и объема, вычисленного по полученным диаметру и длине заготовки, так как главный критерий - достаточность объема заготовки, а не близость размеров заготовки и поковки.

Вычисленные характеристики занести в табл.3 или 4.

Выполнить эскиз заготовки в технологической карте справа (см. табл.2).

4. Определить температурный интервал ковки и продолжительность нагрева заготовки.

4.1. Температуры начала и конца ковки для заданного в варианте материала определить по табл.7.

Время остывания заготовки в процессе ковки под молотами от начальной до конечной температуры ковки составляет около 40-50% времени нагрева заготовки. Ковку не всегда удается провести за один нагрев. Часто заготовку приходится нагревать повторно. При начальной температуре подогреваемой заготовки 700°С и температуре печи 1300°С время повторного нагрева составляет 50-60% от времени полного нагрева.

4.2. Продолжительность нагрева (τ, ч) (выдержки заготовки в нагретой до температуры начала ковки пламенной печи) оценить по эмпирической формуле Н.Н.Доброхотова

τ = kd_{заг ,}

 

где d_заг- диаметр заготовки, м;

k = 12,5 - для углеродистых и низкоуглеродистых сталей;

k = 25 - для высоколегированных сталей (так как у них низкая теплопроводность).

Полученные результаты занести в табл. З или 4.

 

Таблица 7

Температурные интервалы ковки

Стали	Характеристика химического состава или марки	Температура, °С
начала ковки	конца ковки
Конструкционные Низкоуглеродистые 1250-1200 800-750
Среднеуглеродистые 1200-1150 800-750
Высокоуглеродистые 1170-1100 800-750
Углеродистые ин- Содержание углерода: струментальные 0.5-0,9 1125-1100 850-750
0,9-1,5 1100-1075 860-770
Легированные Низколегированные 1240-1180 850-780
Среднелегированные 1200-1160 900-850
Высоколегированные 1160-1120 900-850

Обратите внимание: в формулу величина диаметра подставляется в метрах, ответ будет в часах, а в технологической карте время нагрева указывается в минутах.

5. Сопоставляя форму и размеры заготовки и поковки выбрать операции ковки и их последовательность. Напомним, что увеличивают диаметр осадкой и высадкой, а уменьшают вытяжкой, прошивку назначают, если отношение l_отв / d_отв < 2.

Операции выбирают с учетом минимальных затрат (минимум операций и вспомогательного оборудования) и необходимости проковки материала (степень деформации должна быть существенно больше критической).

6. Обосновать выбор оборудования.

Поковки весом до 20 кг рекомендуется ковать на пневматическом молоте, от 20 до 350 кг - на паровоздушном молоте, более 350 кг и поковки из высоколегированных сталей - на прессе.

При выборе паровоздушного молота нужно определить необходимый вес падающих частей (в зависимости от диаметра заготовки по табл.8).

Результаты занести в табл.3 или 4.

Для заготовок тяжелее 50 кг предусматривают молот с манипулятором.

7. Выбрать тип бойков для данной работы.

Основная рекомендация: если назначена операция осадки или высадки, то выбирают плоские бойки, так как ударять в торец заготовки вырезным бойком нецелесообразно, а диаметры круглых поковок получаются точнее при использовании вырезных бойков.

 

Таблица 8

Ориентировочные данные для выбора веса падающих частей

в зависимости от размеров поковки

Наибольший диаметр заготовки, мм	Вес падающих частей, т
	1,0
	2,0
	3,15
	5,0
	8,0

 

8. Выбрать вспомогательный инструмент.

При необходимости рубки заготовки от прутка или для уточнения длины применяют топоры. Обкатку для уточнения диаметра при плоских бойках делают с помощью обжимок. Отверстия прошивают прошивнями. Bыcaдку чаще делают в кольце (указать внутренний диаметр и высоту кольца). Раскатку и вытяжку поковок с отверстием выполняют на оправке (указать её диаметр).

9. Выбрать мерительный инструмент.

Необходимо учитывать, что контролируются размеры поковки, нагретой до 900-1200 ^OC. В этих условиях пользоваться штангенциркулем нельзя. Обычно при кузнечных работах используют металлические линейки, шаблоны и кронциркуль с удлиненными ножками.

10. Аккуратно заполнить технологическую карту строго по операциям. Каждую операцию записать в строку, заполняя нужные столбцы карты.

Эскиз операции выводится так, чтобы с одного взгляда било ясно, какое изменение формы предусмотрено в операции и какой размер контролируется (см. табл.2).

При назначении операции рекомендуетсядля контроля задавать только один размер.

11. Выполнить заключительную операцию - охлаждение.

Способ охлаждения выбирают в зависимости от материала поковки, сложности формы поковки, её веса в других факторов. Чаще других применяют охлаждение:

- на воздухе (простые поковки из низкоуглеродистых сталей);

- в яме (сложные поковкииз низкоуглеродистых сталей, средние поковки из среднеуглеродистых и низколегированных сталей);

- с печью (крупные поковки и поковки из высоколегированных сталей).

Кроме этих базовых способов охлаждения используют промежуточные (охлаждение в песке, под асбестом и др.). Основная причина необходимости различных способов охлаждения - это различное изменение свойств металла в зависимости от скорости охлаждения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Технологическую карту оформляют так, чтобы у организатора производства, рабочего при реализации технологического процесса не возникло специальных вопросов, и чтобы при соблюдении всех указанных в технологической карте параметров продукция обладала заданными свойствами. В производственных технологических картах приводятся все необходимые марки материалов и оборудования с указанием действующих стандартов (ГОСТ, ТУ и др.).

Студенту рекомендуется после заполнения технологической карты мысленно выполнить весь ход работ и, при необходимости, внести уточнения в технологическую карту.