Файл: Совершенствование технологии ковки крупных поковок типа пластин..pdf

пластины при заданной её толщине в виде разницы вытяжек по

ширине. В случае ковки сравнительно невысоких пластин (-^ -^ 4 ) .

уширением, ввиду его незначительности, можно пренебречь. Из условия несжимаемости для малых деформаций и плоской задачи коэффициент вытяжки будет

мации.

Количественно это допущение сводится к тому, что смещенный по высоте объем, как это происходит обычно на практике, перехо­ дит в направлении длины, а его неравномерность распределения по ширине выражается в овальности концов. На рис. 5 показана схема перераспределения обжатия по ширине пластины.

£

Рис. 5. Схема перераспределения об­ жатия по ширине пластины

Назовем отношение приращения относительного удлинения ДА к величине приращения абсолютного обжатия 6Д Я по ширине пластины коэффициентом неравномерности удлинения и запи­ шем [8]

Выражая ДА, и 6Д Н, в соответствии с рис. 5, через абсолютные и относительные размеры и произведя дифференцирование с прене­ брежением бесконечно малых величин, получим ,

15

Приравнивая (12) и (13) и-интегрируя полученное равенство

пресса, который можно определить по следующей методике. Если 6Д Я по данному допущению является абсолютной величиной стрелы прогиба упруго деформированной балки переменного сече­

где Е — модуль упругости;

J— момент инерции сечения;

у — высотная текущая координата; х — горизонтальная текущая координата; q — распределенная нагрузка;

Q — длина балки.

Решая это уравнение согласно [9] и учитывая, что наибольшую деформацию балка будет иметь на концах при х — а, получим ве­ личину овальности концов пластины в плане для единичного об­ жатия

где Рср — среднее давление металла на боек; Ь— ширина пластины; Я — высота пластины;

h — высота бойка и траверсы пресса'в сечении, проходящем

Незначительная величина приращения относительного удлине­ ния для единичного нажатия перерастает в значительную вели­ чину овальности концов пластины в плане при ковке плоским бой­ ком за несколько переходов в течение операции. Для расчета пол­ ной величины относительной овальности концов пластины следует выражение (16) умножить на общее число единичных обжатий. На рис. 6 приведены результаты расчетных и фактически полу­ ченных данных величины приращения коэффициента неравномер­ ности удлинения в производственных условиях на ковочном прессе

16

3200 тс Ижорского завода для единичного обжатия. Расчетные дан­ ные показаны сплошными линиями, а производственные — штри­ ховыми. Величину среднего давления при ковке определяли по ма­ нометру, установленному в системе гидропривода пресса.

Величину истинного относительного приращения удлинения срединной части пластины по отношению к кромочным частям для единичного обжатия получали как отношение суммарного прира­ щения к числу обжатий за переход и относили его к конечной длине. В целом сравнение расчетных и производственных данных показало их довольно удовлетворительную сходимость.

Рис. 6. Зависимость относительного приращения середины пластины к ее кромочным частям от относительного обжатия

Таким образом, проведенный анализ основных факторов техно­ логического процесса ковки пластин показал, что:

1.Напряжения, возникающие в очаге деформации, различны по величине и знаку и выражаются в неравномерном распреде­ лении конечных приращений размеров заготовки.

2.Неравномерность распределения напряжений создает иска­

жение формы поперечного сечения заготовки, приводящее к от­ гибу ее концов.

3. Наличие упругих деформаций рабочих частей (верхний боек — траверса в большей степени, чем нижний боек — плита) ко­ вочного пресса создает дополнительную неравномерность вытяжек

по ширине заготовки.

4. Полученные расчетные данные мofy i фДужи iь--ее-новойлля разработки экспериментальных и промь|ил§ц^^_2^М5еосе© кофш.

{ ■ ■ . .Л :Т' ‘ 17

Полученные выводы дозволяют конкретизировать основную за­

лись базой для создания современной теории обработки металлов давлением, но именно в них прй разработке технологических про­ цессов на производстве отсутствует научная обоснованность.

Свободная ковка с ее мелкосерийным характером производ­ ства и обширной номенклатурой изготовляемых поковок, по срав­ нению с другими видами обработки металлов давлением, обладает следующими недостатками: низким коэффициентом весовой точ­ ности, значительным процентом угара металла, сложностью меха­ низации и автоматизации, плохим учетом бойкового хозяйства, несовершенством мерительного инструмента, устаревшим методом планирования выпуска поковок в тоннах и низким уровнем спе­ циализации производства. К тому же ГОСТ не регламентирует величину напусков, что часто приводит к значительному упроще­ нию заводскими технологами конфигурации поковок и, как след­ ствие, к увеличению их веса, особенно для внешних заказчиков.

Отмеченное существенно снижает эффективность процесса ковки и в целом технико-экономические показатели кузнечного про­ изводства. Поэтому только комплекс организационно-технических мероприятий, направленных на установление отмеченных недостат­ ков и Научный подход к разработке технологического процесса ковки, позволит поднять культуру кузнечного производства на бо­ лее высокий уровень и обеспечить значительный экономический эффект.

Взадачу технолога при разработке технологического процесса

впервую очередь входит определение рациональной схемы ковки

ипоперечных сечений по переходам в диапазоне от исходных до конечных размеров поковки. Эти переходные сечения по всем своим элементам должны быть рассчитаны на основе законов пластиче­ ского течения металла с учетом критериев: «максимальная произ­ водительность» и «повышение качества металла поковок».

При выборе схемы ковки и определении режимов обработки

учитываются исходные технологические данные, куда входит: на­ значение поковки, ее конфигурация, марка металла и технологи­ ческие условия ковки.

На процесс ковки и особенно шлихтовки, позволяющей полу­ чать минимальные припуски на поковках, оказывают значительное влияние характеристики жесткости ковочного оборудования, рас­ смотренные ранее и определяющиеся упругими деформациями его составных частей (стол, траверса с бойком, колонны и пр.)., мощ­ ность привода и условия работы обслуживающего персонала.

Следовательно, критерий процесса,. исходные технологические данные и оборудование, на котором ведется ковка, неразрывно связаны с сечениями по переходам при ковке, лежащими в основе формоизменения металла.

18

Расчет формоизменения — уширения и удлинения, являющихся

•следствием задаваемого обжатия за переход и по всем переходам, составляют базу режима обжатий.

Таким образом, режим обжатий должен включать в себя опре­ деление коэффициентов деформаций металла по переходам и оп­ тимальную схему переходов применительно к тому оборудованию, на котором осуществляется технологический процесс. Практически так решаются только отдельные вопросы технологического про­ цесса, не связанные в единую стройную систему. Это вызвано тем, что в настоящее время технология изготовления поковок по тра­ диции составляется укрупненно с разбивкой только* по операциям (выносам) и предоставляет тем самым кузнецу возможность варьировать параметрами режима обжатий по переходам.

Расчет режима обжатий следует начинать с анализа кинема­ тики очага деформации. С этой целью в объеме очага деформации определяется положение нейтральных осей и плоскостей. Нейтраль­ ные оси и плоскости являются границами раздела течения метал­ ла. Нейтрали, как правило, проходят через центр тяжести анали­ зируемого сечения. Наиболее правильно центр тяжести сечения определяется через статические моменты, но возможны и другие методы. Правильное определение положения нейтралей позволяет рассчитать форму и с практической степенью точности вывести уравнение внешнего контура поковки, т. е. рассчитать удлинение и уширение при единичном обжатии по высоте очага деформации. Данные расчета необходимы для последующего определения абсо­ лютной величины обжатия.

Известно, что при ковке поковок большое влияние на пластиче­ ские свойства металла оказывает температурный фактор. В пре­ делах температурного интервала ковки режим обжатий заготовки надлежит рассчитывать таким образом, чтобы обеспечить требуе­ мой формы сечения за переход в минимально короткое время и

смаксимально возможной проработкой ее объема. Режим обжатий

исоздаваемые им условия деформации определяют требуемую конфигурацию ковочных бойков, конструкция и размеры которых должны в наибольшей степени уменьшать свободные, не контакти­ рующие поверхности обрабатываемого металла с инструментом. Такой подход способствует улучшению проработки металла, бла­ годаря улучшению схемы деформации. Это достигается примене­ нием специальных конструкций ковочных бойков с переменным профилем и площадью рабочей поверхности.

Таким образом, по рассчитанным размерам и формам переход­ ных сечений заготовки подбираются размеры и форма ковочных бойков, что способствует повышению качества поковок.

Рациональным режимом обжатий технологического процесса ковки является такой, при котором величина обжатия по перехо­ дам наибольшая, а механические свойства готовой поковки в про­ дольном и поперечном направлениях наилучшие. При такой по­

19

становке технологического процесса ковки режим обжатий должен допускать возможность автоматизации процесса.

Другой особенностью расчета режима обжатий является соз­ дание условий для равномерной деформации металла. Обжатия по промежуточным сечениям заготовки должны быть такими, чтобы условия возможно большей равномерной деформации ме­ талла выдерживались по каждому переходу. Причем, если ковка осуществляется за несколько переходов, то во-первых можно соз­ дать неравномерную деформацию, главным образом за счет ин­ тенсивной проработки средних слоев заготовки с тем, чтобы при последних переходах приблизиться к равномерной деформации., Это особенно эффективно при изготовлении поковок методом ковки с подстуживанием поверхности слитка или заготовки.

Такое ведение режима ковки позволяет максимально использо­ вать пластичность металла за счет высокой температуры на пер­ вых переходах, а это в свою очередь значительно уменьшает воз­ никновение и последующее отрицательное воздействие дополни­ тельных напряжений в металле.

На производстве опытные кузнецы первые обжатия при про­ тяжке пластин производят всей шириной бойка, а затем, по мере остывания заготовки, последующие обжатия ведут с уменьшением контактной ширины бойка, т. е. уменьшают подачу.

Большую роль в режиме ковки, наряду с обжатиями, занимает кантовка заготовки. Обычно при ковке за несколько переходов кантовку промежуточных заготовок производят в зависимости от выбранной схемы ковки пластины и предъявляемых к ней требо­ ваний. Так как на проведение кантовки затрачивается время, то надо стремиться число кантовок при ковке сократить до мини­ мума.

Точность геометрических размеров поковки пластины, как было указано, в основном обеспечивается за счет вертикального пере­ мещения инструмента. При этом следует уделять особое внимание единичному обжатию, которое при ковке должно обеспечивать проработку поковки по всему объему очага деформации и давать наилучшие механические свойства в продольном и поперечном направлениях.

Поэтому целесообразно после биллетировки единичные обжа­ тия на первых переходах делать наибольшими, максимально используя пластичность металла, а последние должны обеспечить точность размеров готовой пластины с минимальными припусками под последующую механическую обработку.

К ограничивающим факторам величины единичного обжатия следует отнести пластические свойства деформируемого металла, а также жесткость и силовую характеристику оборудования. По­ этому на первых проходах, при достаточной пластичности метал­ ла величину обжатий назначают исходя из усилий ковочного прес­ са, а в последних, с целью обеспечения необходимой точности раз­

20