Свободной ковкой изготовляют в условиях индивидуального и мелкосерийного производства поковки массой примерно от 150 г. до 300...350 т. Свободную ковку проводят на гидравлических прессах (тяжёлые поковки), паро-воздушных молотах (средние поковки массой 8... 750 кг) и на пневматических молотах (мелкие поковки). Исходными заготовками для свободной ковки служат прокат или слитки.
Разработка технологического процесса свободной ковки заключается в:
- проектировании поковки и определении размеров заготовки;
- расчёте массы заготовки для поковки;
- назначении кузнечных переходов;
- выборе оборудования;
- определении режимов нагрева и охлаждения;
- назначении термообработки для поковки (с целью устранения внутренних термических напряжений).
2.1 Проектирование поковки.
Чертёж поковки разрабатывают по чертежу детали. Размеры поковки по сравнению с размерами готовой детали увеличивают на величину припуска. Для упрощения формы поковки по отдельным поверхностям (получение которых ковкой невозможно или затруднительно) дают местное увеличение припуска, называемое напуском. На все размеры поковки назначают допуски. Припуски и допуски на поковкиизуглеродистой легированной стали, изготовляемые свободной ковкой на молотах, регламентированы ГОСТ 7829 - 70, а на прессах - ГОСТ 7062 -54. (рис. 2.1). Припуск 2 – поверхностный слой металла поковки, подлежащий удалению обработкой резанием для получения требуемых размеров и качества поверхностного слоя готовой детали 7. Размеры детали увеличивают на величину припусков в местах, которые подлежат обработке резанием. Припуск 2зависит от размеров поковки, ее конфигурации, типа оборудования, применяемого для изготовления поковки, и других факторов. Чем больше размеры поковки, тем больше припуск.
Допуск 4 – допустимое отклонение от номинального размера поковки, проставленного на ее чертеже, т.е. разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами поковки. Допуск назначают на все размеры поковки.
Конфигурацию поковки иногда упрощают за счет напусков 3 – объема металла, добавляемого к поковке сверх припуска. Упрощая форму, уменьшают трудоемкость процесса ковки. Напуски 3 удаляют последующей обработкой резанием. Припуски, допуски и напуски назначают в строгом соответствии с ГОСТами.
Рис. 2.1. Схема размеров поковки
В таблице 1 приведена выдержка из ГОСТ 7829 - 70 по припускам (на две стороны) и допускам для гладких поковок круглого, квадратного и прямоугольного сечения.
Таблица 1.
| Длина детали, мм | Припуски и допуски деталей при диаметре D или размере сечения, В Н, мм | |||||
| До 50 | От 50 до 70 | То 70 до 90 | От 90 до 120 | От 160 до 200 | От 300 до 360 | |
| До 250 | 5 ± 2 | 6 ± 2 | 7 ± 2 | 8 ± 3 | - | - |
| От 250 до 500 | 6 ± 2 | 7 ± 2 | 8 ± 2 | 9 ± 3 | 11 + 3 | 14 ± 4 |
| От 500 до 800 | 7 ± 2 | 8 ± 2 | 9 ± 3 | 10 ± 3 | 12 ± 3 | 15 ± 4 |
| От 500 до 1200 | 8 ± 2 | 9 ± 3 | 10 ± 3 | 11 ± 3 | 13 ± 4 | 16 ± 4 |
| От 5000 до 6000 | - | - | - | - | 19 ± 5 | 22 ± 6 |
Для поковок круглого и квадратного сечений с уступами предусмотрены дополнительные припуски (на несоосность) величиной 3...10 мм при разности диаметров (размеров) наибольшего и рассматриваемого сечений 0...40 мм и свыше 180 мм. На общую длину поковки припуски и допуски берут по таблице1 и увеличивают в 2,5 раза.
Расчет массы заготовки.
Если поковку обрабатывают резанием, то подсчет массы металла проводят по номинальным размерам поковки без учета допусков. Если поковка механически не обрабатывается, то подсчет массы металла поковки проводят с учетом максимальных значений допусков, то есть по возможно максимальным размерам готовой поковки.
Массу исходной заготовки определяют по формуле:
mзаг = mпок + mпр + mдн + mуг + mот,
где mзаг – масса исходной заготовки;
mпок – масса поковки, подсчитываемая как произведение объема поковки на плотность металла;
mпр – масса отхода с прибыльной частью слитка;
mдн – масса отхода с донной частью слитка;
mуг – масса отхода на угар (окалинообразование) при нагреве;
mот – масса технологических отходов.
Отходы с прибыльной частью составляют 14...30 %, а с донной 4...7 %; на угар – в среднем 2...2,5 % массы нагреваемого металла при нагреве холодной заготовки и ~1,5 % при каждом подогреве. Технологические отходы (обрубки, выдры и т.п.) зависят от формы поковки и принятой последовательности ковки. При ковке из прокатанной заготовки mпр и mднотсутствуют. Размеры поперечного сечения заготовки выбирают с учетом обеспечения необходимой уковки. Достаточной уковкой для слитков считается 2,5…3, а для проката можно принимать 1,3...1,5.
Массу исходной заготовки при ковке из проката определяют по формуле:
mзаг = mпок + mот,
Массу поковки подсчитываютпо формуле:
mпок = Vпρ ρ,
где Vпρ - объем металла поковки, см3; ρ - плотность, равная для стали 7,85 г/см3 (7,85 * 10-3 кг/см3).
Массу отходов на обсечки и угар (mот) берут обычно в процентах от массы поковки. Ее значение составляет 1,5...25% (глухие фланцы - 1,5%, зубчатые колеса - 8...10, сварные кольца, втулки, обечайки - 3...5, гладкие валы, бруски - 5...7, валы и вилки с уступами, болты - 7...10, гаечные ключи, шатуны - 15...18, рычаги сложные, кривошипы - 18...25%).
Если основная операция при ковке - вытяжка, то площадь поперечного сечения исходной заготовки F3 находят так:
F3 = FпK,
где Fп — площадь поперечного сечения поковки, см2;
К — степень уковки, равная для проката 1,3...1,5, для слитка - 1,5...2.
Для операции осадки высота исходной заготовки должна быть менее трех ее диаметров.
Длину исходной заготовки L3, см, можно определить из формулы
,
где V0 - объем отходов, см3; Vз - объем заготовки, см3.
Для облегчения расчетов объемы сложных деталей разбивают на объемы элементарных фигур.