4 модуль

2

УДК 621.8 (075) ББК 34.623я7

Т16

Рецензенты:

Гудков И. Н., кандидат технических наук, технический директор ООО «Технострой-Сервис»; Циркин А. В., кандидат технических наук, директор ООО «Современные технологии - Симбирск».

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Титов, Ю. А.

Т16 Свободнаяковка. Основныеоперацииитехнологии: учебноепособие / Ю. А. Титов, А. Ю Титов. Ульяновск: УлГТУ, 2011. 73 с.

ISBN 978 5 9795 0874–0

Предназначено для студентов специальности 15020165 «Машины и технология обработки металлов давлением» и направления «Машиностроение», профиль 15070062 «Машины и технологии обработки металлов давлением» при выполнении дипломных проектов, а также для изучения курсов «Технология ковки и горячей штамповки», «Кузнечно-штамповочное оборудование». Даны основные операции свободной ковки, инструмент и оснастка, а также методика проектирования технологических процессов свободной ковки с примерами, иллюстрациями, таблицами.

УДК 621.8 (075) ББК 34.623я7

4

ВВЕДЕНИЕ

Ковка является одним из способов обработки металлов давлением. Процесс ковки обычно состоит из ряда чередующихся операций, при которых формоизменение исходной заготовки происходит в результате свободного течения металла в стороны, перпендикулярные движению деформирующего инструмента (по этой причине ковку часто называют свободной ковкой). В качестве инструмента применяют плоские или фигурные (вырезные бойки), а также различный прикладной инструмент.

Ковкой получают заготовки, называемые поковками, для последующей механической обработки при единичном и мелкосерийном производстве. При выполнении ремонтных работ только ковкой можно изготавливать крупные поковки для роторов и дисков турбин, котлов высокого давления, колонн гидравлических прессов и другие крупногабаритные, тяжелые поковки ответственного назначения. Такие поковки могут иметь массу в десятки тонн, а габаритные размеры в десятки метров. Поковки массой до 0,5 тонн относятся к средним, это поковки коленчатых валов крупных дизелей, вагонных осей, различных шестерен, маховиков и т. п. мелкие поковки массой менее 50 кг очень разнообразны, к ним относятся, например, поковки, изготавливаемые в ремонтных целях.

Большое разнообразие поковок единичного и мелкосерийного производства обуславливает применение универсального инструмента, определенный набор которого обеспечивает изготовление поковок всевозможной формы и размеров. В качестве универсальных машин-орудий для ковки применяют ковочные приводные пневматические молоты, ковочные паровоздушные молоты и ковочные гидравлические прессы. На прессах куют преимущественно крупные слитки, а на молотах мелкие слитки и катаные профили (болванки и прутки), кованные поковки отличаются высоким качеством металла, но имеют только приближенную к деталям форму. При относительно низком коэффициенте

5

использования металла и невысокой по сравнению со штамповкой производительностью труда свободная ковка имеет следующие достоинства:

1)Высокое качество металла поковок по сравнению с отливками.

2)Возможность получать крупные поковки, изготовление которых другими способами невозможно или не целесообразно.

3)Для изготовления поковок используются прессы и молоты сравнительно небольшой мощности, т. к. поковки куются по частям.

4)Использование универсального оборудования и инструмента позволяет получать поковки с минимальными затратами, что в единичном и мелкосерийном производстве является экономически выгодным.

Ковка имеет также недостатки:

1)Низкая производительность по сравнению со штамповкой.

2)Большие напуски и припуски на поковках приводят к большому расходу металла и высокой трудоемкости последующей механической обработки.

6

1. КУЗНЕЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ

Процесс ковки состоит из нескольких этапов: нагрева металла, совершения кузнечных операций (как правило, на одном прессе или молоте), первичной термической обработкой поковок. Поковки простой формы после одного нагрева заготовок (за один вынос из печи) подвергаются небольшому числу кузнечных операций. Поковки сложной формы изготовляются при нескольких выносах металла из печи (т. е. полуфабрикат поковки поступает в печь на подогрев один или более раз, в зависимости от сложности поковки).

Технологический процесс ковки подразделяется на основные, вспомогательные и отделочные операции.

К основным кузнечным операциям относятся: осадка, протяжка, прошивка, отрубка, гибка и закручивание. С помощью основных операций производится главное формоизменение при ковке, в то время как вспомогательные и отделочные операции выполняют функции подготовки и доделки перед или после основных операций.

Каждая кузнечная операция определяется характером деформирования и применяемым инструментом.

1.1. Основные кузнечные операции

1.1.1. Осадка

Осадка – это кузнечная операция, заключающаяся в увеличении площади поперечного сечения заготовки за счет уменьшения ее высоты. При осадке заготовку устанавливают вертикально (на торец), а инструмент движется вдоль ее оси (рис. 1.1). В процессе этой операции заготовка деформируется неравномерно вследствие влияния сил трения, возникающих на поверхности бойков и затрудняющих течение металла, а также из-за охлаждения торцов нагретой заготовки, контактирующих с инструментом. Результатом этого является бочкооб-

7

разность. Основными разновидностями осадки являются: осадка плоскими бойками; осадка слитка с хвостовиком; осадка в подкладных кольцах; высадка; осадка разгонкой.

Осадку плоскими бойками (без хвостовика) осуществляют, ударяя (или нажимая) верхним бойком по торцу заготовки и поворачивая ее после каждого удара вокруг вертикальной оси на некоторый угол (рис. 1.1, а). Этот способ часто применяют для получения заготовок, которые затем подвергают прошивке. Крупные заготовки и слитки осаживают на прессах без поворота вокруг вертикальной оси.

Рис. 1.1. Схемы осадки:

а – плоскими бойками, б – слитка с хвостовиком: 1, 3 – плиты, 2 – хвостовик слитка

Осадку слитка с хвостовиком (рис. 1.1, б) применяют преимущественно в тех случаях, когда после нее следует протяжка. Хвостовик 2 слитка предварительно оттягивают и при осадке вставляют в отверстие нижней плиты. Плиты 1 и 3 для осадки имеют, как правило, вогнутые рабочие поверхности, обеспечивающие надежное центрирование слитка.

Осадку в подкладных кольцах выполняют с предварительной оттяжкой хвостовиков (рис. 1.2, а) и с затеканием металла в отверстия колец (рис. 1.2, б). При осадке по первому способу исходную заготовку протягивают на необходимый размер, в результате чего заготовка 1 приобретает ступенчатую форму с

8

утолщенной серединой. Затем один конец заготовки вставляют в отверстие нижнего кольца 3, а на другой надевают верхнее кольцо 5. При ударах верхнего бойка 6 по кольцу последнее перемещается вниз, осаживая центральную часть заготовки. Для облегчения удаления заготовки из колец после осадки стенки отверстий выполнены с уклоном а, равным 1°30' – 7° (в зависимости от высоты бобышек). Второй способ применяют, если высота бобышек невелика и оттяжка их затруднительна.

1

Рис. 1.2. Схемы осадки в подкладных кольцах: а – с предварительной оттяжкой хвостовиков, б – с затеканием металла в отверстия колец; 1, 4 – заготовки до и после осадки;

2, 6 – нижний и верхний бойки; 3, 5 – нижнее и верхнее кольца

При высадке (рис. 1.3, а) деформируется только часть заготовки. Длина выступающего из кольца 2 конца заготовки 3 не должна превышать 2,5 диаметра (или стороны квадрата) во избежание продольного изгиба. При необходимости получения большого фланца с тонким стержнем применяют ступенчатую заготовку с оттянутым хвостовиком. Для удаления высаженной поковки (рис. 1.3, б) кольцо 2 приподнимают и ставят на подкладку 5, диаметр которой меньше диаметра стержня поковки; на штамп устанавливают кольцо-съемник 5; нажатием верхнего бойка 4 на съемник удаляют поковку. Если допускается конусность стержня извлекаемой поковки, отверстие штампа следует делать с уклоном 3 – 7°.

9

Рис. 1.3. Схемы высадки в штампе (а) и удаление высаженной поковки (б): 1, 4 – нижний и верхний байки; 2, 5 – кольца; 3 – заготовка; 6 – подкладка

Осадку разгонкой применяют для уменьшения высоты и увеличения диаметра заготовки, если мощность молота или пресса оказывается недостаточной для обычной осадки. Для разгонки небольших поковок (рис. 1.4, а) применяют полукруглую раскатку 1, которую после каждого обжатия поворачивают вокруг вертикальной оси на некоторый угол. После разгонки поверхность полотна оказывается волнистой и для ее выравнивания пользуются плоскими раскатками.

Рис. 1.4. Схемы осадки разгонкой: а – полукруглой раскаткой; б – бойками; в – узким вырезным бойком; 1 – раскатка; 2, 3 – нижний и верхний бойки; 4 – подставка; 5 – узкий боек; 6 – вырез под бобышку

Разгонка бойком молота, аналогична осадке раскаткой, только роль раскатки выполняет верхний боек 3 (рис. 1.4, б). Заготовку устанавливают на ниж-

10

ний боек 2 и подставку 4 и разгоняют полотно верхним бойком 3, после каждого удара поворачивая заготовку вокруг вертикальной оси. Разгонку полотна крупного диска прессом выполняют узким бойком 5, имеющим вырез 6 под бобышку (рис. 1.4, в). Заготовку устанавливают на подкладную плиту с отверстием под бобышку. После каждого обжатия верхний боек или нижнюю плиту с поковкой поворачивают вокруг вертикальной оси.

Основными дефектами поковок являются косогранность, зажимы, трещины. Косогранность (смещение торцов заготовки друг относительно друга) появляется по следующим причинам: длина осаживаемой части заготовки была более 2,5 диаметра (или стороны квадрата); удары бойка молота наносились не по середине, а по краям заготовки; заготовку в процессе осадки не поворачивали вокруг вертикальной оси и не правили после появления незначительного продольного изгиба. Зажимы (складки) могут появиться в результате продольного изгиба заготовки, если его не ликвидировать в самом начале осадки.

Правила осадки

1. Высота исходной заготовки должна быть не более 2,5 ее диаметра

( HL 2,5 ), в противном случае возможен продольный изгиб.

2.Заготовка перед осадкой должна быть равномерно прогрета. Для снижения усилия деформации нагрев производят до максимально допустимой температуры, т. к. осадка является самой тяжелой операцией (максимальное усилие

вконце процесса). Если в технологическом процессе есть осадка, то мощность пресса или молота подбирают по усилию осадки.

3.Торцы заготовки должны быть ровными и перпендикулярными к оси. Заготовку перед осадкой желательно подкатать до цилиндрической формы.

Осадку, применяют в следующих случаях: как основную операцию для получения поковок, имеющих большие поперечные сечения, чем исходные заготовки (поковки фланцев, дисков, шестерен и др.); как предварительную операцию перед прошивкой отверстий для выравнивания торцов и увеличения