ТКМ (Динник) / волошину / 3 РОзрахунково графычна робота 2ТКМ

3. Розробка технологічного процесу отримання заготовки методом вільного кування

Для деталі необхідно одержати заготівку методом вільного кування на молоті. Розроблюємо технологічний процес отримання поковки даним методом. При виконанні завдання потрібно:

а) розробити креслення поковки;

б) визначити масу, розміри та вид початкової заготовки;

в) визначити техніко-економічні показники розробленої поковки;

г) визначити температурний режим кування і тип нагрівального пристрою;

д) вибрати устаткування для формоутворення розробленої поковки;

Вихідні дані У даному розділі приводиться креслення деталі відповідно заданого варіанту (рисунок 3.1) і повне маркування матеріалу , що застосовується для виготовлення деталі

Рисунок 3.1 - Вал

Для виготовлення валу використовується сталь 35 - конструкційна, вуглецева, якісна із змістом вуглецю 0,35%.

Визначення припусків і розробка креслення поковки. Від обробленої деталі поковка відрізняється розмірами, збільшеними на величину припусків на механічну обробку; менш жорсткими допусками на розміри, а також спрощеною формою, більш зручною для кування. Припуски на механічну обробку частіше за все призначаються на всі розміри деталі, що пов'язане з наявністю дефектного поверхневого шару, значних геометричних погрішностей форми і розмірів поковки.

Велике практичне значення мають напуск при проектуванні поковок валів з уступами, виступами і виїмками.

Уступ - це будь-яка ділянка поковки, діаметр якої більше хоча б однієї з прилеглих ділянок.

Виїмка - ділянка поковки, діаметр якої менше діаметрів обох прилеглих ділянок.

Виступ - ділянка поковки, діаметр якої більше діаметра обох прилеглих ділянок.

Кування коротких уступів і уступів з малою висотою економічно недоцільне. В таких випадках форму поковки спрощують, призначаючи напуск.

Основні припуски і граничні відхилення ±Δ/2. для поковок, одержуваних куванням на молотах по ГОСТ 7829-70, слід призначати.

• припуски і граничні відхилення ±Δ/2 на діаметральні розміри призначають залежно від загальної довжини деталі L (див. табл. Д.1);

• припуск д на загальну довжину деталі приймають рівним 2,5 припускам на діаметр найбільшого перетину;

• граничні відхилення ±Δ/2 на загальну довжину деталі приймаємо рівним 2,5 відхиленням на діаметр найбільшого перетину;

• припуски на довжину уступів і виступів приймаємо кратними припуску на діаметр найбільшого перетину. При цьому довжину уступів і виїмок на кресленні поковки указуємо від єдиної базової поверхні;

• за базову поверхню приймаємо торець виступу найбільшого перетину поковки, що не є торцем поковки;

• граничні відхилення ±Δ/2 на довжину уступів і виступів приймаємо рівними 1,5 відхиленням діаметра найбільшого перетину згідно рисунку 3.2.

Призначивши припуски і граничні відхилення визначаю розміри поковки, перевіряємо здійснимість її елементів: уступів і виїмок. Уступ поковки є здійсненним, тому що виконуються наступні умови:

• значення висоти уступу більше 4 мм;

• значення довжини уступу більше 40 мм.

Таблиця 3.1- Визначення діаметральних розмірів поковки

Діаметр деталі D, мм	Припуски і граничні відхилення (±Δ /2), мм	Розміри поковки, мм
Ø130	10±3	Ø 140 ±3
Ø100	8±2	Ø 108 ±2
Ø100	8±2	Ø 108 ±2

Для призначення припусків, граничних відхилень, розрахунку лінійних розмірів поковки визначаємо діаметр найбільшого перетину. В даному завданні діаметр 80 мм. Припуски і граничні відхилення ± Δ /2 лінійних

розмірів деталі приймають кратними припуску і граничним відхиленням

± Δ /2 діаметру 80 мм, тобто (8 ±2 ) мм.

Лінійні розміри поковки валу наведені в таблиці 3.2

Під час розрахунку лінійних розмірів поковки враховуємо напрям припуску, що призначається. Якщо припуск, що призначається, приводить до збільшення номінального розміру деталі, то при розрахунку розміру поковки він береться із знаком "плюс", якщо до зменшення - із знаком "мінус".

Таблиця 3.2- Визначення лінійних розмірів поковки

Номінальні розміри деталі, мм	Припуски і граничні відхилення (±Δ /2), мм	Розміри поковки, мм
840	(1,2510 +1,2510) ±(2,53)	865 ± 7
440	(0,7510 + 0,7510) ±(1,53)	455 ±4,5
200	(1,2510 - 0,7510) ±(2,03)	205 ± 6
200	(1,2510 -0,7510) ±(2,03)	205 ± 6

Після призначення припусків і визначення розмірів поковки проводимо перевірку здійснимості уступів, виїмок відповідно до умов, вказаних вище.

Дана поковка містить:

• виступ завдовжки 440 мм.;

• два уступи завдовжки 200 мм. заввишки 108 мм.

Остаточні розміри поковки валу з призначеними припусками і напуском приведені на рисунку 3.2.

Рисунок 3.2 - Вал. Поковка

Визначення маси, розмірів і виду вихідної заготівки. Масу вихідної заготівки визначаємо як суму мас поковки і технологічних відходів. Види технологічних відходів залежать від вживаного технологічного, процесу і заготівки. В загальному випадку, що використовується, технологічні відходи включають відходи на угар , що утворюються в результаті утворення окалини при нагріві вихідної заготівки; відходи прибуткової і донної частини при куванні заготівки із злитка; відходи на видру при куванні порожнистих заготівок; кінцеві відходи. Визначальними чинниками при виборі вигляду вихідної заготівки служать маса поковки і марка матеріалу. Якщо маса поковки не перевищує 200 кг, то в якості вихідної заготівки застосовуємо прокат. При масі поковки від 200 кг до 800 кг можливі вживання прокату і злитків. При масі поковки більше 800 кг застосовуємо злитки.

Вихідні дані виконуваного завдання розраховані на застосування в якості вихідної заготівки прокату, технологічні відходи якого включають відходи на угар і кінцеві відходи.

Розрахунок маси поковки починають з визначення її об'єму. Для підрахунку об'єму V_пок, см³, поковку розбиваємо на елементарні частини і визначають об'єм за формулою:

де V₁, V₂, V₃ - об'єми виступів і виїмок , см³;

D₁, D₂, D₃ - діаметри виступів поковки , см;

l₁, l₁, l₁ - довжини виступів і виїмок, см.

Визначення об'єму поковки проводимо за її номінальними розмірами без урахування граничних відхилень.

Масу G_ПОК, кг, поковки підраховуємо по формулі:

G_пок = 10^-3 · V_пок · ρ = 10^-3 · 10432,2· 7,85 = 81,8

де ρ- густина матеріалу, рівна для сталі 7,85 г/см³.

Кінцеві відходи при куванні призначаються з метою видалення дефектного шару на торцях поковки і формування остаточної довжини поковки на завершальній операції.

Довжина лівого кінцевого відходу L₁, см

Де D₁–діаметр лівого кінцевого виступу поковки, см

Довжина правого кінцевого відходу L₃, см

L₃ = 0,35 · D₃ + 1,5 = 0,35 · 10,8 + 1,5 = 5,2

де D₃–діаметр правого кінцевого виступу поковки, см

Маса кінцевих відходів G_ОТХ. , кг.

Визначення маси Gзаг, кг, вихідної заготівки проводять з урахуванням відходів на чад з розрахунку, що втрати складають 6,0% маси металу, що нагрівається:

Основною формоутворювальною операцією при отриманні поковок даного класу є протяжка. Протяжка полягає в зменшення площі поперечного перетину заготівки при збільшенні її довжини. Протяжку здійснюють послідовними ударами бойок молота на окремі ділянки заготівки, що примикають один до іншого, з подачею заготівки уздовж осі і поворотами її на 90° уздовж цієї осі.

Для розрахунку розмірів вихідної заготівки під поковку, одержувану протяжкою, визначається максимальний поперечний перетин поковки Fmax, см2

де D1 - діаметр поковки на ділянці максимального поперечного перетину, см.

Площа поперечного перетину F'заг, см2, початкової заготівки визначається по формулі

де у- ступінь уковки (у=1,3-1,5 при отриманні поковки з прокату).

Ступінь уковки є технологічним показником процесу кування. Очевидно, чим вище значення ступеня уковки, тим краще проковує метал, тим вище його механічні властивості.

Отримані значення площі поперечного перетину вихідної заготівки F_заг уточнюємо, вибираючи по ГОСТ 2590-88 "Сталь гарячекатана кругла" найближче більше із стандартних значень площі поперечного перетину прокату F_заг. Для даного прикладу уточнене значення площі поперечного перетину початкової заготівки F_заг=226,98 см² при діаметрі 170 мм.

Для розрахунку довжини початкової заготівки визначаємо об'єм V_заг, см³ . вихідної заготівки

Довжину початкової заготівки Lзаг, см, розраховуємо по формулі:

В результаті проведеного розрахунку як вихідна заготівка для поковки валу вибраний прокат круглого перетину із сталі 35 діаметром 170 мм, завдовжки 659 мм, площею поперечного перетину 226,98 см² .

Визначення техніко-економічних показників розробленої поковки.

Показниками процесу кування, що характеризують його ефективність, є коефіцієнт використовування металу і коефіцієнт вагової точності. Для визначення цих показників розраховують масу Gдет, кг, деталі (мал. 1), застосовуючи підхід, що використався при розрахунку маси поковки:

Де d₁, d₂, d₃ - діаметри елементів деталі, см;

І₁', І₂', І₃' - довжини елементів деталі, см;

Коефіцієнт використовування металу визначають я відношення маси деталі до маси заготівки:

де К_вм- коефіцієнт використовування металу.

Коефіцієнт вагової точності визначаємо як відношення маси деталі до маси поковки:

К_ВТ - коефіцієнт вагової точності.

Коефіцієнти використовування металу і ваговий точності можуть бути використані для порівняння ефективності альтернативних технологічних процесів отримання заготівки. Чим вище значення цих показників, тим вище економічна ефективність розробленого технологічного процесу отриманнязаготівки.

Визначення температурного режиму кування і типу нагрівального пристрою. Температурний режим кування включає два основні показники - інтервал температур, в якому проводять кування, і тривалість нагріву вихідної заготівки.

Тривалість нагріву Т, годин, орієнтовно визначаємо за допомогою формули Н. М. Доброхотова

- коефіцієнт, що враховує спосіб укладки заготівок в печі (при нагріві однієї заготівки =1,0);

-коефіцієнт, що враховує хімічний склад сталі (для низько вуглецевих і низьколегованих сталей =10,0);

D- діаметр початкової заготівки, м.

Температурний інтервал кування - діапазон температур металу початкової заготівки, в межах якого метал найбільш пластичний і володіє мінімальним опором деформації. Інтервали між максимальною і мінімальною температурами для вуглецевих сталей встановлюємо по діаграмі стану залізо-вуглець.(рисунок 3.3)

Рисунок 3.3- Температурний інтервал кування вуглецевих сталей.

Відповідно до приведеної діаграми для даного прикладу визначені температура початку кування = 1250°С і температура кінця кування = 800°С по відомому вмісту вуглецю в сталі.

Для того, щоб знати, яким часом можна розташовувати для виконання кувальних операцій, при визначенні температурного режиму кування проводять облік швидкості охолоджування нагрітої заготівки. Якщо охолоджування заготівки відбувається з високою швидкістю, - а часу охолоджування недостатньо для, виконання кувальних операцій, то проводять додатковий підігрів заготівки. В даному прикладі при визначенні відходів на чад проведений облік відходів із застосуванням додаткового підігріву заготівки.

Нагрівальні пристрої, які застосовують для нагріву заготівок, підрозділяють на нагрівальні печі і електронагрівальні пристрої.

До нагрівальних печей відносять камерні, методичні і електричні печі опору. Камерні печі періодичної дії застосовують на виробництві, де часто міняється типорозмір заготівок, що нагріваються. Методичні печі є печами безперервного нагріву, їх застосовують для нагріву заготівок в прокатних і ковальсько-штампувальних цехах. Печі опору частіше за все використовують для нагріву кольорових сплавів.

До електронагрівальних пристроїв відносять індукційні пристрої і пристрої електроконтактного нагріву. Індукційні пристрої використовують для нагріву заготівок діаметром до 200 мм, пристрої електроконтактного нагріву - 75 мм. Застосовують електронагрівальні пристрої тільки при нагріві достатньо великої кількості однакових за розмірами заготівок.

При виконанні завдання необхідно вибрати тип нагрівального пристрою стосовно умов дрібносерійного виробництва.

Виконаний розділ даного завдання повинен включати схему визначення температурного інтервалу кування (рисунок 4), температури початку і кінця кування, тип вибраного нагрівального пристрою.

Вибір устаткування для формоутворення поковки. Машинне кування проводять на кувальних молотах і кувальних гідравлічних пресах. В вихідних даних даного прикладу передбачено отримання поковки методом кування на молоті.

Молот - машина динамічної ударної дії. Основними типами молотів для кування привідні - пневматичні і пароповітряні. Пневматичні молоти застосовують для кування заготівок масою до 20 кг, пароповітряні - 20-350 кг.

В даному розділі, використовуючи раніше отримані дані про масу поковки, назвіть одного з типів молотів для отримання розробленої поковки.

Рисунок 3.4. Індукційний пристрій для нагріву заготівки

Принцип дії індукційного пристрою для нагріву це нагрів виробів з провідних матеріалів (провідників) магнітним полем індукторів (джерел змінного магнітного поля). Індукційний нагрів проводиться наступним чином. Електропровідна (металева, графітова) заготівля поміщається в так званий індуктор, що представляє собою один або кілька витків дроту (найчастіше мідного). У індукторі за допомогою спеціального генератора наводяться потужні струми різної частоти (від десятка Гц до декількох МГц), в результаті чого навколо індуктора виникає електромагнітне поле. Електромагнітне поле наводить у заготівлі вихрові струми.

Рисунок 3.5. Пароповітряний молот для кування заготівки

Принцип дії пароповітряних молотів. Пароповітряний молот являє собою термомеханічну систему. Для приводу робочих рухливих частин (робочої маси) застосовують пар або стисле повітря. Пара надходить по трубах від парових котлів паросилових установок, а повітря - від групових компресорних станцій. Пару і повітря несуть термічну енергію і передають її механічній системі молота, впливаючи на поверхні розділу, на кришку і стінки циліндра і на поршень. У зв'язку з цим пару і повітря називаються енергоносіями. Поршень за допомогою штока передає вплив енергоносія робочої масі, яка називається бабою. На ній закріплена одна половина штампа або бойок, а на масі, що сприймає удар - шабота, закріплена друга половина штампа або бойок.

Залежно від характеру розподілу робочих періодів енергоносія молот може працювати на декількох режимах.