Приклад 2

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;

е) розробити технологічну схему формоутворення поковки.

Вихідні дані У даному розділі приводиться креслення деталі відповідно заданого варіанту (рисунок 10) і повне маркування матеріалу, що застосовується для виготовлення деталі

Рисунок 10 - 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 відповідно до малюнка 11 і наступними вимогами:

Рисунок 11 - Схема призначення припусків і допусків

- 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 приймають рівним 2,5 відхиленням на діаметр найбільшого перетину;

- припуски на довжину уступів і виступів приймають кратними припуску на діаметр найбільшого перетину згідно малюнку 15. При цьому довжину уступів і виїмок на кресленні поковки указують від єдиної базової поверхні;

- за базову поверхню приймають торець виступу найбільшого перетину поковки, що не є торцем поковки;

- граничні відхилення ±Δ/2 на довжину уступів і виступів приймають рівними 1,5 відхиленням діаметра найбільшого перетину згідно рисунку 11.

Призначивши припуски і граничні відхилення визначаємо розміри поковки, перевіряємо здійснимість її елементів: уступів і виїмок. Уступ поковки вважається нездійсненним, якщо виконується одна з наступних умов:

- значення висоти уступу менше 4 мм;

- значення довжини уступу менше 40 мм.

Виїмка вважається нездійсненною, якщо виконується наступна умова: значення довжини виїмки менше 100 мм.

Якщо елемент поковки визначений як нездійсненний, то його доводять до здійснимого розміру за рахунок напуску з боку будь-якого з торців з умови, щоб об'єм напуску був мінімальним. В таблиці 6 приведені значення припусків, граничних відхилень і діаметральних розмірів поковки для даного прикладу (рисунок 10). Припуски і граничні відхилення ±Δ/2 діаметрів D призначені для діапазону довжини деталі L понад 500 до 800 мм, а діаметральні розміри поковки визначені згідно рисунку 15

Таблиця 6- Визначення діаметральних розмірів поковки

Діаметр деталі D, мм	Припуски і граничні відхилення ( ±Δ /2), мм	Розміри поковки, мм
Ø120	10 ±3	Ø 130 ±3
Ø90	9±3	Ø 99 ±3
Ø76	9±3	Ø 85 ± 3

Для призначення припусків, граничних відхилень, розрахунку лінійних розмірів поковки визначають діаметр найбільшого перетину. В даному завданні діаметр 120 мм. Припуски і граничні відхилення ± Δ /2 лінійних

розмірів деталі приймають кратними припуску і граничним відхиленням

± Δ /2 діаметру 120 мм, тобто (10 ±3) мм.

Лінійні розміри поковки валу наведені в таблиці

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 7- Визначення лінійних розмірів поковки

Номінальні розміри деталі, мм	Припуски і граничні відхилення ( ±Δ /2), мм	Розміри поковки, мм
	(1,25×10 +1,25×10) ±(2,5×3)	695 ± 7,5
	(-0,75×10 + 0,75×10) ±(1,5×3)	350 ±4,5
	(1,25×10 + 0,75×10) ±(2,0×3)	320 ± 6,0
	(-0,75×10-0,75×10) ±(1,5×3)	235 ±4,5
	(-0,75×10 + 0,75×10) ±(1,5×3)	200 ±4,5
	(-0.75×10-0.75×10) ±(1,5×3)	135±4,5

Після призначення припусків і визначення розмірів поковки проводять перевірку здійснимості уступів, виїмок відповідно до умов, вказаних вище. Дана поковка містить:

- виїмку завдовжки 35 (235-200) мм;

- кінцевий уступ заввишки 7 ((99-85)/2) мм і завдовжки 25 (695-(320+350)) мм

Виїмка завдовжки 135 мм здійснима, оскільки її довжина перевищує 100 мм

Виїмка завдовжки 35 мм не здійснима, оскільки її довжина менше 100 мм В цьому випадку її не виконують, призначаючи напуск, збільшенням діаметра виїмки до діаметра сусіднього виступу 99 мм

Кінцевий уступ заввишки 7 мм і завдовжки 25 мм не здійснимий, оскільки його довжина менше 40 мм Уступ не виконують, призначаючи напуск, збільшенням меншого діаметра уступу до діаметра сусіднього виступу 99 мм

Остаточні розміри поковки валу з призначеними припусками і напуском приведені на рисунку 16.

Рисунок 12 - 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 застосовують прокат. При масі поковки від 200 кг до 800 кг можливі вживання прокату і злитків. При масі поковки більше 800 кг застосовують 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 розбивають 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 підраховують по формулі:

G_пок = 10^-3 · V_пок · ρ = 10^-3 · 6856,6 · 7,85 = 53,8

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 · 9,9 + 1,5 = 5,0

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, визначають максимальний поперечний перетин поковки Fmax, см2

де D1 - діаметр поковки на ділянці максимального поперечного перетину (рисунок 12), см.

Площа поперечного перетину F'заг, см2, початкової заготівки визначають 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 ГОСТ380-88 "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=176,7 см² при діаметрі 150 мм.

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

Довжину початкової заготівки Lзаг, см, розраховують по формулі:

В результаті проведеного розрахунку як вихідна заготівка для поковки валу вибраний прокат круглого перетину із сталі 35 діаметром 150 мм, завдовжки 485 мм, площею поперечного перетину 176,7 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:

0,61;

де К_вм- коефіцієнт використовування металу.

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

0,76;

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 отримання

заготівки.

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 визначать за допомогою формули Н. М. Доброхотова

0,60 год;

- 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 встановлюють по діаграмі стану залізо-вуглець.(рисунок 17)

Рисунок 13- 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 17), 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.

Розробка технологічної схеми формоутворення поковки.

Процес кування складається з чергування в певній послідовності основних і допоміжних операцій.

Кожна основна ковальська операція визначається характером деформації і вживаним інструментом.

Як основна формоутворювальна операція у виконуваному завданні використовується протяжка. Протяжка здійснюється плоскими і вирізними бойками. При протяжці на плоских бойках в центрі виробу можуть виникати (особливо при протяжці круглого перетину) значні розтягуючі напруги, які приводять до утворення осьових тріщин. При протяжці круглого перетину на кругле у вирізних бойках сили, направлені з чотирьох сторін до осьової лінії заготівки, сприяють більш рівномірному перебігу металу і усувають можливість утворення осьових тріщин.

Протягування поковки в даному завданні здійснюють в декілька переходів (табл. 13) При цьому формоутворення здійснюють поетапно: від елемента з максимальною площею поперечного перетину до елемента з мінімальною площею поперечного перетину.

В розглянутому прикладі спочатку одержують виступ діаметром (130±3) мм, потім - виступ діаметром (99+3) мм і виїмку діаметром (85+3) мм

Як допоміжна операція використовують операцію розмітки лінійних розмірів елементів, одержуваних протяжкою.

При розрахунку проміжних розмірів необхідно врахувати кінцеві відходи, довжина яких визначалася раніше. Наприклад, розмір 381 мм включає довжину (320+6)мм виступу діаметром (130±3)мм і довжину кінцевого відходу L1= 61 мм

При розрахунку довжини ділянки під виїмку використовують принцип постійності об'ємів. Довжину ділянки l_Р, мм, визначають по формулі

де lв, Dв - довжина і діаметр одержуваної виїмка мм;

lp, Dp - довжина і діаметр ділянки, що розмічається під виїмку, мм

Даний розділ виконаного завдання повинен включати схему формоутворення (табл. 3), розрахунки розмічальних розмірів і пояснення до них.

Таблиця 8 - Схема формоутворення поковки валу