Лекция 1.
Типоваямаршрутная технология кузнечного производства.
1 Исходныйматериал.
2 Резка назаготовки.
3 Нагрев.
4а Свободнаяковка.
4б Объемнаяштамповка
5 Обрезка облоя,геометрическая правка.
6 ТО, очистка отокалины, холодная правка
Ковке подвергаются различные сплавы в виде:слитков, кованных, прессованных и катанных заготовок.
Основные дефектыслитка:
1 Усадочнаяраковина и рыхлость. Удаляется перед ковкой и составляет 20-25% от слитка.
2 Донная часть — скопление примесей 2-8% удаляется перед ковкой.
3 Газовые пузыривнутри слитка. Если поверхность пузырей не окислена, то они в процесседеформации завариваются.
4 Подкорковыепузыри. Их поверхность окислена, удаляется перед ковкой.
5 Заливины — капли жидкого металла застывшие на поверхности слитка. Удаляется перед ковкой.
6 Температурныетрещины на поверхности слитка.
Катанный металл.
Чаще всего это круглые прутки различногодиаметра.
Дефекты:
1 Долевыецарапины.
2 Волосовина.
3 Плены наповерхности.
Для нагрева применяютразличные способы:
Электронагрев для цветных сплавов.
Газовые печи.
Нагрев в расплавах солей.
Свободная ковка — получение поковок науниверсальном оборудовании с применением универсального инструмента.
Оборудование: молота свободной ковки игидравлические пресса.
1 Нагрев.
2 Рубка назаготовки.
3 Осадка.
4 Прошивка.
Штамповка — сугубо специализированноепроизводство.
1 Резка назаготовки.
2 Формоизменяющиеоперации:
а Осадка;
б Штамповка.
3 Обрезказаусенцев, просечка перемычки.
После свободнойковки получают поковку, после штамповки — штампованную поковку (или штамповку).
Сравнение различных способов получения детали.
| а | б | в | г | д | е |
-|---|---|---|---|---|---|
1|+ +| + |+ +| — | + |+ +|
-|---|---|---|---|---|---|
2|+ +| — | + | — | + |+ +|
-|---|---|---|---|---|---|
3|- -| — | + | — | + |+ +|
-|---|---|---|---|---|---|
4| — |- -| — | +|+ +|+ +|
-|---|---|---|---|---|---|
5|- -| — | + | — |+ +|+ +|
--------------------------
1 — Сложностьдетали.
2 — Шероховатостьповерхности.
3 — К.И.М.
4 — Механическиесвойства детали.
5 — Производительность.
а — Механическаяобработка
б — Обычноелитье.
в — Точное литье.
г — Свободнаяковка.
д — Штамповка.
е — Перспективныеметоды штамповки.
|- -| очень плохо
| — | плохо
| + | хорошо
|+ +| оченьхорошо
Потери при штамповке:
1 Резка заготовок2-4%
2 Штамповка15-25%
3 Мех.обработка25-35%
4 Т.О. 1-2%
Основные направления развития КШ производства.
1 Снижениесебестоимости.
2 Повышениекоэфф.использования материала. КИМ = Gдет / Gзаг
3 Повышениеточности и чистоты поверхности поковок.
4 Повышениепроизводительности труда.
5 Специализацияпроизводства.
6 Улучшениеметодов планирования и организации производства.
7 Улучшениенагрева.
Лекция 2.
Классификацияспособов и схем резки заготовок сдвигом.
(3) Не полностьюоткрытая резка с поперечным активным режимом.
Этот способшироко применяется на пресс-ножницах при резке сортового проката (круг,квадрат).
| а | б | в | г |
-------------------------|---|---|---|---|
Открытый | 1 | | | |
-------------------------|---|---|---|---|
Не полн.открытый| | 2 | 3 | |
-------------------------|---|---|---|---|
Не полн.закрытый| | 4 | 5 | |
-------------------------|---|---|---|---|
Закрытый | | | | 6 |
-----------------------------------------
а — без прижима.
б — с поперечнымпассивным прижимом.
в — с поперечнымактивным прижимом.
г — с осевымсжатием.
1 подвижный нож.
2 неподвижныйнож.
3 прижим(прижимает пруток к прижимному ролику).
4 пруток.
5 прижимнойролик.
6 отрезаемаязаготовка.
7 упор.
РИС.2.1
Усилие прижимасоздается пневматическим или гидравличиским давлением, прижим активный.
Фзаг > Фпрут
При резкевозникает крутящий момент, который приводит к появлению углов поворота Ф.
М = Р * а
При резке можновыделить характерные зоны на торце отрезной заготовки.
Вид А.
РИС.2.2
1 — зона смятиязаготовки под действием торцевой поверхности верхнего ножа. Её величина зависитот пластичности разрезаемого сплава.
2 — зона утяжки.
3 — зона среза.
4 — зона скола.
Искажениезаготовки при резке можно охарактеризовать степенью деформации (смятие)
Е = дД / Д
В зависимости отпластичности материала Е сильнее меняется.
РИС.2.3
Качество отрезаемой заготовки можнохарактеризовать следующими показателями:
1 Смятие торцев Е= дД / Д
2 Угол скола,т.е. неперпендикулярность торца к оси.
3 Волнистость торца,особенно в зоне скола.
4 Минимальнаядлина определенной заготовки, характеризуется отношением длины заготовки кдиаметру заготовки. Эта величина сильно зависит от схемы резки.
5 Точностьразмера длины отрезаемой заготовки, т.е. допуски на длину.
(1) Открытаярубка без прижима.
РИС.2.4
Эта схема применяется при единичномпроизводстве, при резке проволоки и прутков небольшого диаметра на длинныезаготовки.
(2) Не полностьюоткрытая резка с пассивным поперечным прижимом.
РИС.2.5
R — пассивныйприжим в неподвижном втулочном ноже.
(4) Не полностьюзакрытая резка с поперечным пассивным прижимом (резка в двух втулочных ножах).
РИС.2.6
R1 — пассивныйприжим на заготовку
R — пассивныйприжим на пруток
(5) Не полностьюзакрытая резка с активным поперечным прижимом.
РИС.2.7
Схема позволяет уменьшить длину отрезаемойзаготовки до Lзаг / Dзаг >= 0,8
Эту схему называют также «резкой сдифференциальным зажимом». Выпускаются пресс-ножницы с реализацией этойсхемы. Заметно повышается качество резки: уменьшается угол скола и смятие.
Для получения качественной заготовкинеобходимо в момент появления скалывающей трещины убрать усилие прижима назаготовку. Это необходимо для отделения отрезаемой заготовки и предотвращениятрения скола.
(6) Закрытаярезка с осевым сжатием.
РИС.2.8
1 пуансон
2 подвижнаявтулка нож
3 неподвижнаявтулка нож
4 прижим
Пруток подается во втулки ножи, прижимзажимает пруток усилием Рприж и удерживает его усилием М. Пуансон усилием Nраспрессовывает пруток в ножах, устраняя зазоры. После этого нож 2 усилием Ррезотрезает заготовку. Качество очень высокое.
Lзаг / Dзаг >= 0.2
Недостаток схемы:
Сложность реализации и схватывание заготовки синструментом, т.е. трудность удаления заготовки.
Применяется в экспериментальном варианте длямягких сплавов (Al, Cu).
Лекция 3.
Параметрыпроцессов резки сдвигом.
1. Поперечныйзазор (б) при резке с пассивным зажимами.
б — зависит от допусков на диаметр прутка. Прибольшом зазоре наблюдается большое смятие и угол скола.
Этим способом лучше резать калиброванныепрутки.
2. Угол (a)исходного наклона прутка.
а — упреждающий угол подачи, позволяетуменьшить угол скола.
Чем больше твердость заготовки, тем большеугол.
НВ = 100 -> a = 9
HB = 200 -> a = 0
3. Осевой зазор(Z) между ножами.
Z = (2-:-4%) * Дзаг
4. Усилиепоперечного зажима (схема5)
Qпр = (0,6-:-2,5)Ррез
5. Усилие осевогосжатия (схема 6)
Для распрессовки прутка во втулочных ножахнапряжение сжатия.
СИГМАсж = (2-:-5) * СИГМАs
6. Усилие резки
Ррез = СИГМАсреза * Fсреза = 0,72 * К *СИГМАв * Fсреза.
К зависит отсхемы резки
К = 1-:-2
7. Подогревпрутка перед резкой
Для прутков большого диаметра или длявысоколегированных сталей подогрев ведется до 400-:-600 ^С
8. Скорость резки
Сильно влияет на качество. Обычно напресс-ножницах скорость резки V = 0.3-:-0.5 м/с.
При увеличении скорости до 3-:-5 м/с качествозаметно улучшается.
Дефекты прирезке.
1. Блестящийпоясок. Дефект возникает при слишком малом осевом зазоре Z.
2. (Скол в видеуступа) Дефект наблюдается при большом осевом зазоре Z. Так же можетнаблюдаться заусенец (у нагретого пластичного металла)
3. Задиры илиприжоги. Характерно для 6-й схемы.
4. Трещины наторце заготовки. Могут появляться спустя несколько часов после резки. Причина — действие остаточных напряжений, возникающих в результате сжатия прутка ножами.Этот дефект характерен для малопластичных сплавов. Устраняется подогревом.
Ломка прутков нахладноломе.
Предварительно на прутке делается надрез,который является концентратором напряжений. Происходит хрупкий излом.
М = РL / 4
СИГМАв = М / W
Р = 4 * СИГМАв * W * Бэтта / L
Бэтта = 0.4-:-0,9 -коэффициент учитывающий концентраторнапряжений.
Преимущества:
1 Невысокаяэнергия и усилие.
2 Возможенконтроль металла по излому.
3 Экономично прирезке прутков большого сечения.
Недостатки:
1 Невысокаяпроизводительность из-за необходимости надреза. Надрез делают пилами илигазовыми резаками.
Резка пилами.
Применяют пилы с зубьями и гладкие.
Пилы с зубьями:
Возможна резка в горячем и холодном состоянии.Диаметры дисков от 300 до 800мм.
V = Пи * Дn / 1000 м/с
n — обороты(10-:-20)об/мин.
Sмин = Sz * Z * n
Sz — подача назуб 0,05-:-0,2мм
Z — число зубьев.
Преимущества:
1 хорошеекачество.
2 Точностьразмеров.
Недостатки:
1 Низкаяпроизводительность.
2 Большой отходметалла на прорезку.
Электроискроваярезка.
РИС.3.1
Происходит импульсный разряд конденсатора.
i = 1000 А/мм^
t = 10000 ^C
Недостаток:
Невысокая производительность и отходы напрорезку.
Анодно-механическаярезка.
РИС.3.2
В качестве электролита используют растворжидкого стекла в воде. Диск делают из Стали 3. Ширина реза 4-5мм,Производительность 2-6 мм/с, зазор поддерживается автоматически.
Высокая точность и хорошее качество, ноневысокая производительность.
Оценка способоврезки.
1. Точностьразмеров (длина заготовки).
Пресс-ножницы +- 1-5мм
Хладноломы +- 1-3мм
Пилы холодной резки +-0,5-1,5мм
Анодно-механическая резка до+-0,5мм
2.Производительность
3. Потеря металлапри резке.
Lобреза = (0,3-0,5) * Дзаг
Lнекрат.мах = Lзаг
Lнекрат.мин = 0
Lнекрат = Lзаг / 2
При резке заготовок определяется норма расходаметалла на 1 заготовку.
G = (Пи * Дзаг^ * ро / 4) * (Lзаг + Lпрор +Lобр + (Lобр + Lнекр) / n)
n — числозаготовок которые можно вырезать из прутка.
n = (Lпрут — Lобр — Lнекр) / (Lзаг + Lпрор)
Лекция 4.
Свободная ковка.
Протяжка — предназначена для увеличения длины занотовкиза счет уменьшения поперечного сечения.
Выбирается:Ен(ен); Lо — величина подачи в каждом обжатии.
Находится: Вn;Нк; Lк — конечная длина обжатия.
Решение задачи понахождению конечных размеров зависит отпринятых допущений.
1. Примем, что придеформации участка заготовки в пределах подачи как осадку прямоугольника.
Это возможно если каждая точка заготовкиперемещается радиально (радиальная схема течения).
Такая схема близка для случая протяжки безтрения.
При свободной ковке наряду с другимипоказателями деформации применяют коэффициент уковки.
Кн = Но / Нк
Кв = Вк / Во
КL = Lк / Lо
Кн = Кв / КL
Tg(a) = Bo / Lo = Bк / Lк
Bo / Bк = Lк / Lo
Kв = КL
KL^ = Kв^ = Kн
Кв = Вк / Во
Вк = Кв * Во
Lк = КL * Lо
Fо и Fк — площадипоперечного сечения заготовки в начале и конце протяжки.
КL = Lк / Lo = (V/Fк) / (V/Fo) = Fo / Fк
Fк = Fo / KL
Для радиального течения все решается оченьпросто.
2. Примем, чтопри протяжке любая точка деформируемой заготовки перемещается по нормали кконтуру (нормальная схема).
Такая схема реализуется при максимальномтрении и осадке тонкой заготовки.
При осадке на бесконечно-малую величину dНпрямоугольник останется прямоугольником. Реально форма изменится. Принимаем этов виде допущения.
Области 1 отвечают за увеличение ширинызаготовки, а области 2 за увеличение длины.
Определим V металла сместившегося внаправлении длины заготовки.
dV^h = S2 * dh = -B^ * dh / 2
dV^L = B * h * dL
dV^h = dV^L
B * H * dL = -B^ *dh / 2
dL = -B^ * dh / 2 * B * h =
= -B * dh / 2 * h =
= -V * dh / 2 * L * h^
B = V / L * h
Lк^ = (V/hк) — (V/ho) + Lo^
Это выражениепозволяет рассчитать Lк по исходным размерам.
KL = Lк / Lo
Зная KL легконаходится Fк и все размеры.
3. Общий случай.
В реальных условиях наблюдается промежуточнаясхема течения металла. Это вызвано каким-то реальным коэффициентом трения.
1 При протяжкевысоких заготовок контактные слои с инструментом испытывают близкое кмаксимальному трению и перемещаются ближе к нормальной схеме. Центральные слоииспытывают меньше трения и деформируются ближе к радиальной схеме течения.
2 Недеформированные части заготовки отклоняют потоки металла в виде веера.
Для реального случая предусматривается расчетчерез экспериментальные коэффициенты.
Рассмотрим схему:
РИС.4.1
F1*1 — Объемметалла, смещенный при деформации.
F2*1 — Объемметалла, оставшийся без деформации.
(F3 + F4)*1 — Объем металла, появившийся в результате увеличения ширины.
f*F1 = F3 + F4
f = (F3 + F4)/F1
f — интенсивностьуширения, который показывает какая часть смещенного объема пошла на увеличениеширины.
f*(Ho — Hк)Во = (Вк — Во)Нк (1)
fНоВо — fНкВо = ВкНк — ВоНк
Fк = f*Fo + НкВо(1 — f)
Fк = f*Fo + Fо(1 — f)Нк/Но
Е = 1 — Нк/Но
Fк = Fо[f + (1 — f)(1 — Ен)] = Fо(1 — Ен +fЕн)
Fк = Fо[1 — Ен(1 + f)]
Их (1) имеем:
f = (Вк — Во)/Во: (Но — Нк)/Нк
Переходя кбесконечно малым можно записать:
f = (dB * H)/(B * dH) = Ln(B/Bo)/Ln(H/Ho) =ев/ен
ен = ев + еL
1 = f + q
q — коэффициентинтенсивности удлинения заготовки, т.е. показывает какая доля смещенного объемапереместилась в направлении длины заготовки.
f и qопределяется экспериментально. они зависят от:
1 величиныотносительной подачи Lo/Bo
2 Степенидеформации по высоте (Eн ен Кн)
3 От коэффициентатрения.
РИС.4.2
Лекция 5.
Выбор степенидеформации при протяжке.
При выборе степени деформации могут быть 2ограничения:
1 допустимаяпластичность сплава определяется исходя из его физических и механическихсвойств.
2 из условиякоэффициента перехода
Ф = Вк/Мк
Эта проверка необходима в каждом проходе.
Нк = Вк / Ф
Е = (Но — Нк) / Но = 1 — Нк / Но =
= 1 — Вк / Ф * Но
Рассмотрим двакрайних случая:
1. Предположим,что при протяжке металл течет только в ширину Lo = Lк
Lo * Bo * Ho = Lк * Bк * Hк
Вк = Во * Но / Нк
Е = 1 — (Во / Ф * Но)^0.5
2. Предположим,что металл течет только в длину. Во = Вк
Lo * Bo * Ho = Lк * Bк * Hк
Е = 1 — Во / Ф * Но
Если принять степень деформации в зонебезопасных обжатий, то коэффициент перехода Ф всегла
В зоне недопустимых обжатий коэффициент Фвсегда > 2,5.
Поэтому выбор Е должен осуществляться впределах рабочей зоны, хотя это не гарантирует Ф
Методикарассчетов размеров заготовки при протяжке.
Задача ставится следующим образом: рассчитатьразмеры заготовки в каждом проходе и число проходов для протяжки заготовки сисходными размерами Но х Во и длиной Lo для получения заготовки Нк х Вк.
Порядок расчетов:
1. Задаетсястепень деформации по высоте Еон и подача lo = (1-1,8)Во.
2. Рассчитываетсяконечную площадь сечения после 1-го прохода.
Fк = Fо * (1 — Е * (1 — f))
f — интенсивностьуширения выбирается из эксперементальных данных либо имперических формул.
3. Определяетсяконечнуя висота
Хк = Хо * (1 — Е)
4. Определяетсяконечнуя ширина
Бк = Фк / Хк
5. Проверка покоеффициенту перехода
Ф = Бк / Хк
Если Ф > 2,5 то расчет повторяется суменшением значенига Е.
6. Определяетсяобшая длина зуготовки после прохода
Лк = Фо * Ло/Фк
Етот расчетповторяется для каждого прохода.
Осадка.
Чтобы обеспечить устойчивость при осадкенеобходимо, чтобы Но / До
Различаю три стадииосадки:
1. Но / До =1,4-2
При осадке образуется двойная бочка.Деформации по сечению не неодинаковы. Можно выделить несколько зон:
1 — зоназатруднееной деформации.
2 — зонаинтенсивных деформаций.
3 — зона срастягивающими напряжениями.
4 — зонаравномерных деформаций.
2. Но / До =0.5-1
Образуется классическая бочка.
3. Но / До
Неравномерность деформации оценивается путемсравнения местных и средних деформаций.
Неравномерность деформации численнооценивается сравнением Емест. и Еср.
Емест.мах — Еср. — Верхний пределнеравномерности.
Еср. — Емест.мах — Нижний пределнеравномерности.
Причинынеравномерности деформаций:
1 контактныетрения.
2 соотношениеразмеров заготовки Н/Д.
3 неравномерностьтемпературного поля заготовки.
4 форма плит дляосадки.
Неравномерность деформации приводит кобразованию бочки, на которое расходуется часть объема заготовки.
Vзаг = Пи * До^ * Но / 4
Vцил = Пи * Дм^ * Нк / 4
Vб = Vзаг — Vцил
Если после осадки невозможно устранить бочкупутем обкатки заготовки, то при расчетах необходимо учитывать Vб.
Это делается с помощью коэффициентабочкообразования k = Vб / Vзаг. Этот коэффициент определяют экспериментально.
В первомприближении:
Vзаг = Vцил + k * Vзаг
Vзаг = Vцил / (1 — k)
Лекция 6.
Расчет усилий приосадке.
Используют инженерный метод. Его разновидность- это суммирование элементарных работ.
РИС.6.1
Примем, что бочка не образуется. Выделимкольцо безконечно-малой толщины dро с внутренним радиусом ро.
После деформации кольцо увеличило диаметр исместилось на безконечно-малую величину бро. Работа тратится на деформацию ипреодаление сил трения.
dАобщ = dAдеф + dAтр
dAобщ = -Руд * F * dН
F = Пи * Д^ / 4
Элементарная сила трения на торце выделенногокольца записывается так:
dT = тау * 2ПиРо * dРо
Элементарная работа на одном торце кольца:
dАтр` = тау * 2ПиРо * dРо * бРо
Чтобы избежать двойного интегрирования изравентсва объемов запишем:
ПиРо^ * Но = Пи(Ро + dРо)^ * Hк
(Ро + dРо)^ = Ро^ * Но / Нк
Ро + dРо = Ро(Но / Нк)^0,5 = Ро * Кн^0.5
Кн — коэффициентуковки по высоте
dРо = Ро * Кн^0,5 — Ро = Ро * с
Аналогично можнозаписать:
dR = R * c
dАтр` = тау * 2ПиРо^ * с * бРо
С учетом двухторцев кольца, работа dAтр по всей поверхности будет:
dАтр = (4/3) * тау * Пи * с * R^3
Восстановим«с»:
dАтр = (4/3) * тау * F * dR
Воспользуемсяусловием помтоянства V
V = Пи * R^ * Н = const
Пи * 2R * dR * Н = Пи * R^ * dH
dR = — R * dH / 2H
Подставимзначение dR в уравнение:
dAтр = -тау/3 * F*Д*dH/H
Меняя знаки,запишем общее выражение
Руд = СИГМАs + тау*Д/3Н
1) примемзначение касательных напряжений в виде:
тау = М * Руд
Руд = СИГМАs / (1 — М*Д/3Н)
Если М = 0,5; Д/Н = 6, то в этом случае Руд стремитсяк бесконечности. Это говорит о том, что при осадке низких дисков полученнаяформуда не корректна; она дает завышенные результаты.
2) тау = М * СИГМАs
Руд = СИГМАs * (1 + М*Д/3Н)
Росадки = Руд * F * Пси * Ф * W
Ф — скоростнойкоэффициент, учитывает сумирование предела текучести с изменением степенидеформации.
W — температурныйкоэффициент, учитывающий влияние изменения температуры.
Пси — масштабныйкоэффициент, наиболее заметен при деформации крупных заготовок.
При осадке слитка6тонн Пси = 0,7; 100тонн Пси = 0,5
Если значение СИГМАs принимаем для данныхтемпературно-скоростных условий, то коэффициентами можно не пользоваться.
Осадка навогнутых плитах.
За счет дополнительных горизонтальныхнапряжений (Nгор) увеличиваются зоны затруднительной деформации; увеличиваетсябочка, что приводит к опасности появления трещин на наружней поверхности. Болееинтенсивная деформация в зоне 2 способствует заварке дефектов.
Применяется:
1 для повышенияустойчивости заготовки при осадке.
2 перед протяжкойс малыми подачами (L/Д
Осадка навыпуклых плитах.
Достигается более равномерная деформация.Применяется перед протяжкой с большими подачами (L/Д > 1)
Осадка накольцах.
Рассматривают две стадии течения металла:
1. При осадкевысоких заготовок граница раздела потоков находится в близи отверстия ихарактеризуется размерами h и Дполости.
2. При небольшойвысоте заготовки граница раздела характеризуется поверхностью с размером Дх.
Лекция 7.
Влияние ковки иштамповки на механические свойства, макро и микроструктуру.
Степеньдеформации:
Е = (Но — Нк) / Но
L = Ln(Но / Нк)
К = Но / Нк
Кн = Кв * КL
Скоростьдеформации V м/с — скорость перемещения подвижной части оборудования.
Гидравлическогопресса 1-30 мм/с
Кривошипногопресса 0,1-0,5 м/с
Парового молота5-7 м/с
Высокоскоростногомолота 20-100 м/с
Скоростьдеформации -
Е` = dE / dt текущая
Е`ср = E / t средняя — скорость изменениястепени деформации.
е` = de / dt
de = dH / H
e` = V / H
Виды деформации:
Горячая деформация — процессы при которыхпроисходит полная рекристаллизация.
Холодная деформация — процессы прикоторыхрекристаллизации нет.
При горячей штамповке наблюдаются горячие инеполностью горячие деформации. Неполностью горячие деформации нежелательны,т.к. возникают остаточные напряжения.
Упрочнение независит от температуры, арекристаллизация увеличивается с увеличением температуры. Необходимо учитыватьсоотношение скорости деформации и скорости рекристаллизации, от этого зависитвид деформации.
Влияние ковки намакроструктуру.
При ковке зерна вытягиваются в направлениинаибольшей деформации удлиннения. Оразуется волокнистая структура из-завытянутых примисей.
При ковке слитков для раздрабления литойструктуры обычно назначают диформацию К=(8-10). Проработка структуры по сечениюсильно зависит от полощади контакта инструмента с заготовкой.
Глубина проработки структуры по сечениюзависит от площади контакта с инструментом. Чем меньше площадь контакта, темлчше прорабатывается поверхностный слой, чем больше — центр.
Билитирование — это протяжка слитка смаленькими деформациями, повышает пластичность поверхностных слоев, т.к.маленькая площадь контакта заготовки с инструментом.
Влияние ковки намикроструктуру.
Чтобы получить мелкозернистую стурктуру нужнообеспечить полную предварительную рекристализацию и не допустить собирательнуюрекристализацию.
В штамповых поковках наблюдается:
1Микроразнозернистость — это разная величина соседних зерен. Она возникает приразличных степенях деформации различно ориентированных зерен при небольшойсредней деформации.
2Макроразнозернистость — это крупное зерно в центре массивной паковки. Этозначит, что произошла собирательная рекрестализация, т.к. температура в центребыла высокой. Или крупное зерно на поверхности поковки — это результат малойдеформации, охлаждение поверхностных слоев при небольшой средней деформации.
Выбор способаизготовления поковки с учетом ее формы и условий работы.
1 Болт — механическая обработка.
2 Коленчатый вал- механическая обработка, необходима гибка.
Лекция 8.
Термомеханическийрежим ковки и штамповки.
В понятие режимавходит:
1 Температураначала и конца деформации.
2 Допускаемаястепень деформации:
а) дефомация за один удар или одно обжатие.
б) дефомация за последний удар.
3 Благоприятнаястепень деформации Е', и тип обжатия.
4 Скоростьнагрева и охлаждения
5 Оптимальнаясхема напряженно деформированного состояния.
Оптимальныйтермомеханияеский режим должен обеспечивать:
1 Достаточнуюпластичность металла в течение всего процесса.
2 Минимальноеусилие процесса.
3 Отсутствиеостаточных напряжений.
4 Мелкое зерно впаковке.
В общем случаетвердые тела могут быть:
1 Упругими
2 Пластичными
3 Вязкими
4 Хрупкими
СИГМА = К * Е^n * (Е`)^m
упругие: СИГМА =К*Е (закон Гука)
вязко-пластичные:СИГМА = К * Е^n * (Е`)^m
идеальнопластичные: СИГМА = К * Е^n (холодная деформация)
идеально вязкие:СИГМА = К * (Е`)^m (горячая деформация)
Виды деф. |Тдеф/Тпл| m | n |
-------------|--------|--------|-------|
Х.Д. | 0.4 |
-------------|--------|--------|-------|
Не полн.Х.Д.|0.3-0.5 |0.05-0.1|0.3-0.4|
-------------|--------|--------|-------|
Не полн.Г.Д.|0.5-0.7 |0.1-0.2 |0.2-0.3|
-------------|--------|--------|-------|
Г.Д. |0.7-0.9 | >0.2 |
----------------------------------------
Температурныйинтервал ковки и штамповки
Интервал состоит из температуры началадеформации и температуры конца деформации.
Для его выбора необходимо иметь следующиеданные:
1 Диаграммасостояния сплава.
2 Диаграммапластичности.
3 Диаграммарекресталлизационной обработки.
4 Крикическаятемпература роста зерна.
Имея эти данныене можно грамотно составить термомеханическийрежим.
При выборе температурного режима необходимопредусмотреть достаточную пластичность (по диаграмме пластичности), отсутствиекрупного зерна.
Температура начала деформации должнаобеспечить:
1 Отсутствиепережога т.е. оплавления границ зерен, что являеися окончательным браком.
Температура начала деформации = температурасолидуса — (100-150)С
2 Отсутствиеперегрева, т.е. не допустить рост зерна за счет температуры критической и засчет рекресталлизации от длительного прибывания заготовки при высокойтемпературе.
Температура концадеформации должна обеспечить:
1 Мелкое зернопосле окончания деформации.
РИС.8.1
АВ — интервалнаибольшей пластичности материала.
СD — допустимыйинтервал, который задается из справочника или с учетом всех исходных данных.
EF — рациональныйинтервал, который зависит от конкретных условий процесса (масса поковки,температура штамповки, время, количество ударов, требования к величине зерна).
При штамповке сплавов с фазовыми превращениямикрупное зерно можно размельчить путем последующего термической обработки, поэтому требования к величине зерна поковки несущественные. А при штамповкеоднофазных сплавов мелкое зерно в поковке обязательно, т.е. его нельзяразмельчить последующей термической обработки.
РИС.8.2
C-D-E — ростзерна при нагреве;
EF — размельчениезерна за счет деформации или за одно обжатие (за 1 удар);
f — еслизакончить деформацию в точке f, то в процессе охлаждения зерно продолжает растии его величина а1>a;
fg и f1g1 — паузымежду ударами;
gf1 и g1f2 — деформация в процессе следующих ударов. В результате а2
При одноударном процессе (быстром)целесообразно вести нагрев до точки е1, тогда получим мелкое зерно. Взависимости от требований тех-процесса. Рациональный интервал выбирается внутридопустимого.
Выбор скоростидеформации.
Необходимо учитывать диаграммы пластичностидля данной скорости деформации. Для большинства сплавов с увеличением скоростидеформации наблюдается упрочнение материала при горячей деформации.
Выбор степенидеформации.
При горячей деформации Е обычно мало влияет наСИГМАв. По этому в расчетах усилия учитывают изменение СИГМАв примерно до 30%.Допустимую степень деформации за последний удар определяют с учетом критическойстепени деформации (8-15)%. Принимают Е либо > либо
Лекция 9.
Неравномерностьдеформаций при операции свободной ковки.
Неравномерность деформаций отрицательно влияетна схему напряженнодеформированного состояния в определенных зонах заготовки.Появляются дополнительные напряжения, которые приводят к образованию трещин,надрывов, несплошности металла и других дефектов. Появление дефектов зависит отконкретной схемы напряженнодеформированного состояния в данной зоне. Наиболеенеблагоприятными являются схемы, когда напряжения растяжения совпадают сдиформациями удлиннения.
Дефекты принципиально могут появлятся в двухслучаях:
1 Местнаядеформация значительно превышает среднюю. В результате исчерпания пластичностии появления дефектов.
При интенсивной протяжке квадрат в квадрат вдиоганили образуется волокнистость, а для малопластичных сплавов возможнатрещина.
По диоганалям квадрата постоянно действуетбольшая сдвигающая диформация, которая создает большие местные деформации, какследствие волокнистость и возможные дефекты. В этом направлении местнаядеформация заметно превышает среднюю.
2 Вознекновениедополнительных напряжений и их воздействие в очаге деформации:
А) Протяжка с малыми подачами. Очаг деформациивзаимодействует с недеформированными частями создавая дополнительныенапряжения. Направления дополнительных напряжений стремиться выровнять очагдеформации. Протяжка с малыми подачами не рекомендуется, особенно длямалопластичных сплавов.
Б) Протяжка с большими подачами. Это болееблагоприятная схема. При протяжке прутка в пруток такой очаг деформацииприводит к вознекновению растягивающих напряжений. Область центра заготовкипостоянно находится под действием растягивающих напряжений, по этому в центреобразуется рыхлость или трещина, особенно в малопластичных сплавах. Схема ковкикруг в круг под плоскими бойками не рекомендуется.
Способыуменьшения неравномерности деформаций.
1 Для ковкикруглых заготовок применяют вырезные бойки. Резко возростает площадь контакта синструментом. Дополнительное напряжение — сжимающее, дефектов не образуется.Более интенсивная вытяжка, возможно большие деформации. Ограаничение — подиаметру.
2 Уменьшениеконтактного трения. В любом случае уменьшается неравномерность деформации.
3 Проработка зонзатрудненной деформации при осадке. Применяют осадку спаренных колец. Такжеприменяют осадку на рефленых, а затем плоских плитах.
Другие операциисвободной ковки.
Прошивказаготовок.
Обычно выполняется за два приема. Получаетсясквозное отверстие. Чтобы не было значительного зажатия заготовки при прошивкенеобходимо чтобы D/d>3.
При ковке крупных поковок и слитков иногдаприменяют прошивку полым прошивнем для удаления некачественной середины слитка.
Протяжка наоправке.
Применяется для получения труб. При каждомобжатии заготовка удлинняется, упирается левым концем в бурт оравки и сползаетпо конусу оправки.
Раскадка наоправке.
Применяется для получения тонкостенных колец.
В технологических расчетах необходимоопределить размеры исходного кольца по известным конечным.
Этот процесс похож на протяжку заготовкибесконечной длинны.
1 принимпем f =0,15
2 назначаемстепень деформации по толщине стенки
Ен = (Но — Нк)/Но
Для получениякачественной поковки Е = (0,5-0,7)
3 определяетсяисходная толщина заготовки
Но = Нк/(1-Е)
4 Fк =fо[1-Е(1-f)] -> Fо = Fк/[1-Е(1-f)]
5 bо = Fo/Ho
6 из равенстваобъемов:
Пи*Дср.о*Fо = Пи*Дср.к*Fк
Дср.о = Дср.к*Fк/Fo
До = Дср.о + Но
dо = Дср.о — Но
Лекция 10.
Разработкатехнологического процесса свободной ковки.
1 Выбор вариантаи способа ковки. Решается вопрос ковки на молоте или гидравлическом прессе.Более крупные поковки (больше 0,5 тонны) — на гидравлических прессах. Усилиеоборудования выбирается по наиболее энергоемкой операции, чаще всего этоосадка.
2 Разработкачертежа поковки. По ГОСТу назначаются припуски на механическую обработку идопуски на изготовление. Определяется возможность изготовления отдельныхэлементов детали.
РИС.10.1
3 Схемапоследовательности операции ковки детали.
4 Расчет весазаготовки с учетом отходов по всем операциям.
5 Выбор размеровзаготовки с учетом коэффициента уковки. При ковке из слитков К>5, при ковкеиз проката К=1,5
6 Точнаяпоследовательность всех операций.
7 Энергитическийрежим.
8 Расчет усилий ивыбор оборудования по усилию.
Лекция 11.
Горячая объемнаяштамповка.
Классификация основных видов горячейштамповки.
В зависимости от конструкции штампа различаютдва основных вида объемной штамповки:
1. Штамповка воткрытых штампах.
РИС.11.1
1 верхняяполовина штампа.
2 нижняя половинаштампа.
3 гравюра штампа(полость)
4 облойнаяканавка
а) мостик,
б) магазин.
Полость штампа не замкнута в течение всегопроцесса за счет заусенечной конавки расположенной в плоскости разъема. Впроцессе штамповки метал течет одновременно в полость штампа и в заусенечнуюконавку. После заполнения полости только в заусенечную конавку.
Основные признакиоткрытого штампа:
1 Втехнологических расчетах объема заготовки предусматривается дополнительный объем,который будет вытекать в заусенечную конавку.
2 Направлениевытеснения металла в заусенец перпендикулярно движению штампа.
3 Толщина мостикауменьшается в процессе штамповки.
4 Технологическимпроцессом предусматривается операция обрезки заусенца, который идет в отход.
Преимущества:
1 Простотаконструкции, надежность работы.
2 Из заготовокнизкой весовой точности получаются поковки более высокой весовой точности.
Недостатки:
1 Большой отходметалла в заусенец (10-30)%
2. Штамповка взакрытых штампах.
РИС.11.2
1 пуансон(верхняя половина штампа).
2 нижняя половинаштампа.
3 выталкиватель.
Полость штампа замкнута от начала до концапроцесса.
Основные признакизакрытого штампа:
1 Втехнологических расчетах объема заготовки не предусматривается объем заусенца.
2 Управлениеобрезания не предусматривает заусенца, совпадает с направлением движенияштампа.
Преимущества:
1 Небольшой отходметалла, высокий КИМ.
Недостатки:
1 Необходимдостаточно точный объем заготовки. В случае колебания объема ухудшаетсяточность размеров, возникают высокие давления, что приводит к интенсивномуизносу инструмента и перегрузки оборудования.
Кроме этих двух можно выделить промежуточныевиды, которые устраняют недостатки основных:
1 Закрытые штампыс компенсационными полостями.
РИС.11.3
2 Штампы с двумяповерхностями разъема.
РИС.11.4
3 Штамповкавыравниванием. Может быть в варианте открытой и закрытой штамповки.Предусматривается, что большая часть объема поковки заполняется за счетвыдавливания металла.
РИС.11.5
Преимущества:
1 Высокаяточность размеров паковки.
2 Высокая чистотаповерхности.
Недостатки:
1 Высокоеудельное давление.
2 Интенсивныйизнос штампа.
РИС.11.6
Разработкачертежа поковки.
Детали, получаемые в штампах называютсяштампованной паковкой.
1 Упращениеконфигурации за счет назначения напусков. В зависимости от способа штамповкиотдельные элементы детали невозможно выполнить. Их не делают упрощаяконструкцию.
2 Назначениеприпусков. Назначаются по ГОСТам на обработку поверхностей.
3 Допуски наразмеры.
4 Выбор линииразъема штампа.
Линия разъемадолжна обеспечивать:
1 Свободноеизвлечение паковки из штампа.
2 Минимальныйобъем заусенца.
3 Качественноезаполнение всех элементов штампа.
4 Качественнаяобрезка заусенцев.
Лекция 12.
Линия разъемадолжна выбираться т.о., чтобы заполнение штампа происходило осадкой, а невыдавливанием.
Положение линии разъема должно способствоватьконтролю смещения штампов.
Для устранения перерезывания волокон исвязанному с этим уменьшению механических свойств паковки, лучше смещать линиюразъема к торцу паковки.
Оформлениеуглублений и отверстий в направлении движения штампов.
Наружние и внутренние разм