Лабораторная работа №5. Технологические операции свободной ковки.

1. Основные понятия.

1.1. Обработка металлов давлением.

Обработка металлов давлением (ОМД) основана на использовании пластичности металлов, т.е. на их способности в определенных условиях под действием внешних сил деформироваться без нарушения целостности материала заготовки.

Горячая обработка металлов давлением является методом, позволяющим придавать металлу при повышенной температуре необходимую форму и размеры путем пластической деформации. Кроме того, в результате пластической деформации изменить строение металла, т.е. создавать в обрабатываемом металле такую структуру и механические свойства, которые в наибольшей мере удовлетворяют требованиям, предъявляемым к готовой детали.

Температура нагрева для горячей деформации металла зависит в первую очередь от природы деформируемого материала, его химического состава, а так же от толщины заготовки.

Температура начала обработки давлением следует назначать для стальных заготовок по диаграмме Fe –FeC на 50˚ -100˚С ниже температуры солидус сплава. Заканчивать деформирование следует при температуре на 20˚ -60˚С выше линии GSK (рис.1)

В современном машиностроении около 20 % всех деталей машин получают путем обработки металла давлением: свободной ковкой и объемной штамповкой, которыми могут быть обработаны почти все используемые в промышленности металлы и сплавы.

1.2. Свободная ковка.

Свободная ковка – это способ обработки металла давлением в горячем состоянии посредством удара или статического давления, при этом течение металла происходит в направлении

ях,не ограниченных поверхностями инструмента. Течение металла при этом ограничивается лишь трением на контактной поверхности инструмент – заготовка. Свободной ковкой можно получать поковки от самых малых размеров до самых крупных массой до 250–300 т.

Свободная ковка осуществляется на универсальном оборудовании (молотах или прессах) с применением универсального ковочного инструмента и называется машинной в отличие от ручной ковки. Этим способом изготавливают поковки простой формы. Применяется свободная ковка в единичном и мелкосерийном производстве.

При получении крупных поковок массой от нескольких сотен кг до 300 т (валки прокатных станков) в качестве исходных заготовок используют слитки массой до 350 т. Для более мелких поковок в качестве заготовок применяют прокат в виде полупродукта или сортового профиля круглого или квадратного сечения.

В технологический процесс ковки входит в различном сочетании, числе и последовательности ряд ковочных операций.

1.2.1. Основные операции свободной ковки: осадка, протяжка, прошивка, раскатка, гибка, скручивание, отрубка и сварка

Осадка – уменьшение высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения (рис.2а). Осадку производят бойками или осадочными плитами. Заготовки, у которых отношение высоты к диаметру или к меньшей стороне поперечного сечения больше 2,5, осаживать не рекомендуется, во избежание возможного изгиба заготовки. Осадку применяют для увеличения площади поперечного сечения поковки.

Степень деформации при осадке определяется по формуле:

ε = ;

где: ε -степень деформации,

H – высота исходной заготовки,

h – высота осаженной заготовки.

.

Рис.1. Диаграмма состояния железо – углерод.

Область горячей обработки давлением (температурный интервал).

Рис. 2. Основные операции свободной ковки :

а – осадка, б – высадка, в – протяжка, г, д – прошивка,

е – раскатка, ж – гибка, з – рубка;

1 – верхний боёк, 2 – нижний боёк, 3 – исходная заготовка,

4 – исходная заготовка после соответствующей операции, 5 – подкладная втулка, 6 – подкладное кольцо, 7 – выдра, 8 - прошивень, 9 – оправка, 10 – фигурный боёк, 11 – кузнечный топор.

Высадка – это осадка части заготовки (рис.2,б).

Протяжка – удлинение заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения (рис.2,в). Она осуществляется последовательными обжатиями отдельных, примыкающих друг к другу участков заготовки с поворотом вокруг продольной оси при ее подаче вдоль оси. Подача составляет 0,4-0,7 ширины бойка. Степень деформации при протяжке определяется из отношения:

ε = ;

где: ε -степень деформации (степень укова),

F₀ - площадь поперечного сечения исходной заготовки; - F_n - площадь поперечного сечения поковки;

Раскатка (разновидность протяжки) – увеличение диаметра кольцевой заготовки при вращении за счет уменьшения ее толщины с помощью бойка и оправки (рис. 2,е). При раскатке ширина кольца несколько увеличивается. Инструментами для раскатки служат плоский боек, оправка и люнет. Протяжка на оправке – увеличение длины прошитой или просверленной заготовки за счет обжатия ее по обе стороны оправки двумя бойками. При протяжке наружный диаметр и толщина стенки заготовки уменьшается. Раскаткой изготовляют поковки колец, а протяжкой на оправке- поковки сосудов высокого давления, стволов орудий и др.

Пробивка – образование в заготовке отверстий с удалением материала в отход путем сдвига (рис.2,г). Отверстия диаметром до 500 мм пробивают сплошным прошивнем с применением подкла­дного кольца при этом отношение H/D < 1, а отверстия большого диаметра прошивают полым прошивнем, применяя в случае высо­кой заготовки надставки. Часть металла при этом удаляют вместе с прошивнем. Отход называется выдрой и составляет15-60 %.

Прошивка – получение полостей в заготовке за счет вытеснения материала (рис.2,д). При этом прошивку производят с двух сторон - с кантовкой на 180ºС. Отход составляет 15-20 %. Операция служит самостоятельной для образования

отверстий либо подготовительной операцией для последующей раскатки или протяжки заготовки на оправке.

Гибка – образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы (рис.2,ж). Гибку осуществляют с помощью различных опор, приспособлений и в подкладных штампах.

Рубка – полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента (рис.2,з). Рубку осуществляют топорами для удаления прибыльной и донной частей слитка, лишних концов поковки или для разделения длинной поковки на более короткие части.

Скручивание – поворот части заготовки вокруг продольной оси. Осуществляют ее, например, при развороте колен коленчатых валов.

Кузнечная сварка – образование неразъемного соединения под действием давления в нагретом состоянии двух и более заготовок.

Из не основных операций следует отметить биллетировку слитков, заключающуюся в обжиме ребер слитков и придании ему цилиндрической формы.