Лекция 13. Производство поковок из слитков операции и приемы ковки сплошных поковок



Скачать 205.94 Kb.
Дата08.10.2012
Размер205.94 Kb.
ТипЛекция
Лекция 13.


ПРОИЗВОДСТВО ПОКОВОК

из слитков

4.1. ОПЕРАЦИИ И ПРИЕМЫ КОВКИ СПЛОШНЫХ

поковок

Многообразие технологических процессов ковки сво­дится, по сути дела, к двум способам — ковке протяжкой и ковке с осадкой заготовки. Не оценивая достоинства и недостатки этих способов с точки зрения производительности работ и технологиче­ских параметров (об этом сказано выше) рассмотрим особенности течения металла в связи с геометрическими условиями.

Ковка протяжкой. Этот способ применяется для получения поковок, у которых один размер значительно превосходит два других, (типа вала, пластины). Операция протяжки предусматри­вается и при ковке поковок типа дисков и кубиков с целью пред­варительной подготовки структуры литой заготовки, выполнения размеров, обеспечивающих увеличение укова при последующей осадке, а также при изготовлении нескольких заготовок под осадку из одного слитка.

В последние годы получили развитие методы улучшения ка­чества металла слитка на первоначальных операциях ковки. К их числу относятся всевозможные варианты предварительного охлаждения поверхности слитков с целью создания схемы все­стороннего сжатия и сосредоточения деформаций в осевой зоне заготовок. Эти усовершенствования относятся главным образом к технологическим процессам, в которых предусмотрена неболь­шая последующая уковка (от 1,5 до 4,0). С увеличением уковки на окончательных операциях ковки, осуществляемых протяжкой, различие в качестве металла, обусловленное условиями ковки на заготовительных операциях, нивелируется. В связи с этим со­вершенствование приемов протяжки остается объектом присталь­ного внимания исследователей.

Конструирование кузнечного инструмента новой формы, изы­скание оптимальных обжатий и подач, температурного интервала ковки, схемы кузнечной технологии — все это звенья решения специфических задач, связанных с особенностями строения сталь­ных слитков. Например, преобладающее осевое течение металла при протяжке может явиться причиной заметной анизотропии ме­ханических свойств металла поковки.

Сущность пластического потокообразования при ковке состоит в течении металла по поверхностям наибольших касательных напряжений, осуществляемом в условиях зонообразования. Силовое воздействие машины — орудия передается инструментом на за­готовку через контактные поверхности; геометрический очаг де­формации с других сторон ограничен свободными от внешних сил поверхностями и внешними, недеформируемыми в данный момент частями заготовки. Предписанное, таким образом, расчленение объема заготовки деформационными условиями проявляется в ло­кализации преимущественного течения металла по поверхностям сдвига.
Величина единичных обжатий при протяжке зависит от нескольких факторов, в числе которых мощность оборудования, пластичность материала заготовки, окончательная степень вы­тяжки и т. д.

Кроме технологической цели быстрейшего достижения задан­ной вытяжки, величина обжатия при ковке с кантовками обуслов­ливает и степень объемной проработки структуры металла. Так, при ковке с большими единичными обжатиями поверхности макси­мальных сдвиговых деформаций перераспределяются по большей части геометрического очага деформаций. В результате действия контактных сил трения часть объема геометрического очага де­формации оказывается в зонах затрудненной деформации. Размеры этих зон в продольном сечении заготовки по мере обжатия умень­шаются, а в поперечном сечении сначала увеличиваются, а затем уменьшаются. Поэтому результаты действия потоков вытеснения металла вдоль оси заготовки и в направлении уширения оказы­ваются различными.

Ковка квадратной заготовки с кантовками на 90° и малой величиной единичных обжатий характеризуется меньшим тече­нием в направлении уширения по сравнению с продольным сме­щением металла. В поперечном сечении заготовки частицы металла смещаются по криволинейным траекториям, мало отличающимся от обжатия к обжатию.В условиях действия контактного трения части объема металла, находящиеся в зонах затрудненной деформации, смещаются по этим траекториям через раз, в то время как по условным грани­цам зон затрудненной деформации (в диагональных областях) интенсивное смещение имеет место при каждом нажатии. Так как после кантовки на 90° зоны затрудненной деформации и свободные боковые поверхности меняются местами, то в диагональных областях действуют знакопеременные деформационные смещения и сдвиги. Следствием малых обжатий при ковке является локали­зация преимущественного течения в форме ковочного креста. Кроме местных перенапряжений, повышенного тепловыделения и возможности расслоений металла, такое распределение дефор­маций приводит к недостаточной проработке структуры в осталь­ном объеме заготовки.

Преимущество протяжки с большими единичными обжатиями состоит также в уменьшении абсолютных размеров начальной зоны затрудненной деформации при обжатии после кантовки на

90°. Соответственно увеличи­вается объем металла, в кото­ром распространены поверхно­сти сдвигов, а области эффек­тивной проработки металла сдвиговыми деформациями ох­ватывают большую часть сече­ния заготовки.В общем случае единичного обжатия полос ы плоскими бой­ками в очаге деформации обра­зуется две пары поверхностей наибольших сдвигов (рис. 4.1):

Рис. 4.1. Поверхности наибольших сдвигов в очаге деформации при еди­ничном обжатии плоскими бойками

1) a'\d\ 0'\0"\ а'ца'з и а^ 0\0"\ а\а^ 2) a'ia'2 Oi — a'tds и d[d^ — Oi — аУз.

Площадь первой пары поверхностей более развита — по этим поверхностям меньше локализация сдвиговых деформаций; вместе с тем па них отсутствует чередование течения металла, т. е. пер­вая пара поверхностей сдвига менее опасна с точки зрения неже­лательных последствий (например, образования ковочного креста). Единственная линия этого семейства поверхностей, на которой действуют знакопеременные перемещения при ковке с кантов­ками на 90°: 0[Oi — O'i (см. рис. 4.1).

Локализация знакопеременного течения металла происходит вследствие зонообразования и попеременных чередующихся опе­раций (например, обжатия с кантовками или возвратно-поступа­тельного движения заготовки вдоль ее оси).

Уменьшения зоны затрудненной деформации в поперечном сечении заготовки и снижения локализации течения металла по поверхности сдвига второй пары (см. рис. 4.1) можно достичь уменьшением площади начального контакта инструмента с заго­товкой и последующим изменением этой площади. Другим реше­нием этой задачи является протяжка бойками с выпуклой рабочей поверхностью в плоскости поперечного сечения (рис. 4.2). Регу­лирование течения металла эффективно осуществляется при этом за счет локализации начального контакта и получаемой формы заготовки. После кантовки на 90° представляется возможным ре­генерировать элементы формы поковки: боковые поверхности, начиная со стороны обжатия, становятся вогнутыми. Процесс ковки при этом сопровождается дополнительными боковыми напряжениями сжатия и сосредоточением деформаций в среднем по высоте (и меньшем по площади) сечении. Изменение поперечного сечения восьмигранного кузнечного слитка при протяжке комбинированными бойками с кантовками на 90 и 45° позволяет сохранить при ковке восьмигранную форму заготовки. Это дает возможность регулировать течение металла




Рис. 4.2. Схема обжатии^ бойками/ выпуклыми в по­перечном сечении:

1 —
исходная заготовка; 2, 3 — выпуклые бойки; 4. 5— заготовка после первого и второго проходов

Рис. 4.3. Зоны деформа ции при ковке комбиниро ванными бойками:

/ — заготовка; 2 — верх­ний плоский боек; 3
— ниж­ний вырезной боек



без существенной локализации наибольших сдвиговых деформа­ций в области ковочного креста (рис. 4.3). Первый цикл заклю­чается в четырех обжатиях с кантовками на 90° в одном направле­нии (например, по часовой стрелке). Затем слиток устанавливают на ребро, смежное с отсчетным (т. е. кантуют на 45°), и проводят второй цикл — четыре обжатия с кантовками на 90° в противо­положном направлении (против часовой стрелки). Два цикла ковки, таким образом, составляют сложный переход протяжки. После этого слиток перемещают в осевом направлении на вели­чину заданной подачи и проводят следующие два цикла ковки до завершения прохода по длине слитка. Окончательную ковку осу­ществляют с уменьшением углов кантовок.

В перечисленных выше способах ковки применялся кузнечный инструмент с прямолинейным фронтом, который создавал прямо­линейную границу подачи и вызывал действие поверхностей наи­больших сдвигов с прямолинейными образующими этих поверх­ностей (см., например, рис. 4.1, линия а'\а\а{). Рассредоточе­ния локализации деформации путем увеличения площади поверх­ностей наибольших сдвигов можно достичь, увеличивая протя­женность фронта бойков, т. е. применяя бойки с непрямолиней­ным фронтом. При этом границы геометрического очага деформа­ций получаются более развитыми (рис. 4.4), чем при протяжке обычными плоскими бойками с прямолинейным фронтом.

Изменение фронта кузнечных бойков приводит к перераспре­делению деформации не только по первой паре поверхностей сдвига. Различные ориентация и величина кратчайших нормалей от нейтральных линий геометрического очага деформаций вызы­вают существенные изменения в конфигурации второй пары по­верхностей сдвигов.

Показанные на рис. 4.4 схемы построены для плоских бойков с фронтом, симметричным относительно продольной оси заготовки (за исключением схем //, а и //, б), причем верхний и нижний

бойки принимаются одинаковыми по форме и относительному расположению. В общем случае переменными параметрами опи­санного инструмента могут быть кривизна элементов фронта, их периодичность, причем процесс ковки целесообразно вести без перекрытия границы подач, так, чтобы работали оба фронта бойков (передний и задний).

Сравнение схем У, б и /, б (по рис. 4.4) для каждого типа бойка показывает незначительную разницу в характере поля кратчай­ших нормалей при волнообразном фронте. Вместе с тем увеличе­ния протяженности фронта бойков (и развития площади поверх­ностей наибольших сдвигов) можно достичь и для прямолинейной границы подачи, но расположенной относительно продольной оси заготовки под углом, отличным от 90°.

Во всех случаях следует учитывать характер напряженного состояния, зависящий от конфигурации фронта бойков. Так, бойки по рис. 4.4 обеспечивают дополнительные напряжения сжатия в осевой зоне заготовки вследствие затрудненного ушире-ния у свободных поверхностей и большей величины предписанных перемещений в средней части ее. При ковке с перекрытием гра­ниц подач бойками (рис. 4.4, схема /, а) такой характер течения металла сохраняется при подаче от себя или на себя.

С позиций конфигурации фронта вырезные бойки можно рас­сматривать как имеющие непрямолинейный фронт в плоскости, совпадающей при ковке с поперечным сечением заготовки.

Представление об эффективности того или иного способа пере­распределения локализации сдвиговых деформаций^при ковке дают следующие примеры.

Пример 1. На парогидравлическом прессе усилием 8 МН было отковано два слитка массой 1,5 т из стали ЗОХГСА; обжатие проведено по схеме восьмигран­ник — пластина — квадрат. Один слиток ковали выпуклыми бойками, второй — плоскими. Для обоих слитков обжатия выдерживали одинаковыми по ходу пресса










Рис. 4.4. Бойки с непрямолинейным (/) и несимметричным относительно про­дольной оси (//) фронтом подачи (Рб — угол наклона рабочих поверхностей де­формирующего инструмента)


Таблица 4.1

Неравномерность деформации в поковках, %
Уковка составила 2,4—2,5 для боль­шего сечения и 6 — для меньшего;

о ” ag.

Поковка

Поковка

ses

№ 1

№ 2

^ а к





о; р, я





Е-" и; К!



















ill

У ков­

Уков-

Уков-

У ков­

я "•&

0 Я 0)

ка 2,5

ка 6

ка 2,5

ка 6

G o.ct









^1

—1,8

9,4

—7,7

31,0

s1

4,3

8,5

3,5

32,0


^

9,0

15,0

6,7

63,0

* t,i и Ј1 — показатели на­копленной зональной неравномер­

ности деформации относительно го­

ризонтальной и вертикальной осей

симметрии поперечного сечения по­

ковок; ?.; и Ј.2 — то же, для местной

неравномерности.

ковку выпуклыми бойками вели до сечений, максимально близких по ве­личине к конечным с тем, чтобы по­следующие обжатия плоскими бойками были минимальными.

Результаты исследования поковок показали, что на меньшем сечении по­ковки № 1 внеосевая ликвация сохра­няет форму, близкую к квадрату, а в поковке № 2 расположена по ковоч­ному кресту.

Кроме того, в поковке № 2, отко­ванной плоскими бойками, имеет место. большая зональная и местная нерав­номерность деформации (табл. 4.1). Количественное сравнение неравно­мерности деформации получено но длинам элементов, ограничивающих фигуру ликвационного квадрата.

Как видно из табл. 4.1, суммар­ная зональная неравномерность де­формации по сечениям поковки № 1, откованной выпуклыми бойками, при­мерно в 4 раза меньше, чем по соответствующим сечениям поковки № 2, от­кованной плоскими бойками. То же соотношение имеет место и при сравнении местной неравномерности деформации в области ликвационных квадратов.

С увеличением уковки от 2,3 до 6 суммарная зональная неравномерность деформации при ковке выпуклыми бойками возрастает примерно в 2 раза, в то время как при ковке плоскими бойками — в 4 раза. Неравномерность деформации в области ликвационного квадрата увеличивается в первом случае в 2 раза, а во втором — в 10 раз.

В отожженном состоянии при равных характеристиках прочности о^ и Яв характеристики пластичности б и ^> выше в осевой зоне поковки № 1. После тер­мообработки различия между поковками проявляются резче: в поковке № 1 выше не только характеристики пластичности, но и прочности.

Наряду с повышением общего уровня механических свойств при ковке выпук­лыми бойками снижается анизотропность пластических свойств (особенно сужения).

Пример 2. Два слитка массой 1,5 т из стали 40ХН отковали на парогидравли-ческом прессе усилием 8 МН на поковки диаметром 300 и длиной 1800 мм с уков-кой 2,7. Первую поковку кантовали только на 45° (и меньше — при отделке), вторую—по режиму, описанному выше (3Х90°—45°—3Х90°).

В отожженном состоянии характеристики прочности Ов и вязкости Дн обеих поковок отличаются в пределах статистического разброса испытаний. Но в осевой зоне подприбыльных частей поковок наблюдается заметное различие как по вели­чине, так и по равномерности распределения ударной вязкости Ян.

После термического улучшения соответствующие свойства (с учетом фактора прокаливаемое™ целых поковок и вырезанных дисков) выше у второй поковки не только в осевой зоне, но и по всему сечению. Анизотропность исследуемых поковок по величине ударной вязкости на продольных и тангенциальных образцах оказа­лась зависимой от схемы протяжки — чередования углов кантовок (снизилась у второй поковки на 30 %).

Пример 3. Две свинцовые заготовки исходного сечения 40Х40 мм3, имеющие координатные сетки в поперечных сечениях, проковали на плоских бойках с пря­молинейным и непрямолинейным фронтом (см. рис. 4.4). Подача при ковке 1,0, обжатие 25%, число кантовок 10, общая уковка 1,8.

В результате ковки на обычных бойках с прямолинейным фронтом в попереч" ном сечении одной заготовки образовался ковочный крест. У другой заготовки рас'

66


пределение деформаций в поперечном сечении более равномерно (рис. 4.5, табл. 4.2).

Рассредоточение сдвиговых деформаций, до­стигнутое за счет ковки бойками с непрямоли­нейным фронтом, позволило снизить неравно­мерность деформации по всему полю в 3—4 раза. Причем в отдельных участках поперечного сече­ния неравномерность снизилась в 10—30 раз. Очевидно, что при общей одинаковой уковке уменьшение локализации сдвиговых деформаций в области ковочного креста сопровождается увеличением проработки металла в других участках сечения (в частности, в зонах затруд­ненной деформации). Появляется прямая воз­можность уменьшить среднюю уковку на по­ковке для получения требуемых механических свойств и должной проработки исходной литой структуры.





Ковка осадкой. Когда осадка является формообразующей операцией, ее следует использовать с учетом соответствующей схемы течения металла и особенностей строения применяемого кузнечного слитка.

В типичной технологии ковки с осадкой предусмотрено обжа­тие плоскими плитами для создания основной схемы течения металла. При этом в объеме поковки имеет место значительная неравномерность деформации и как следствие этого — неоднород­ность структуры, механических свойств и качества металла. Эту технологическую схему совершенствуют в направлении улучше­ния проработки металла в торцовых зонах поковки, обеспечения закрытия и заварки усадочных дефектов литого металла.

В частности, проработку торцовых зон улучшают применением для осадки выпуклых плит, а условия ликвидации несовершенств литой структуры — ужесточением схемы напряженного состоя­ния. По одному из вариантов такой технологии нагретый до ковоч­ной температуры слиток подают под пресс, где производят опера­ции предварительной ковки без биллетировки — закатку цапфы (под патрон противовеса или клещи манипулятора), рубку про­тивоположного конца заготовки. Во время этих операций слиток охлаждается с поверхности; производится смена кузнечного инструмента под осадку. По достижении температуры на поверх­ности слитка, соответствующей нижнему пределу ковочной, про­изводят осадку.

Слиток с закатанной цапфой помещают в нижнюю осадочную плиту и осаживают коническим бойком (рис. 4.6).

Коническая осадочная плита воздействует преимущественно на осевую область слитка, охлажденные поверхностные слои которого оказывают значительный боковой подпор. Повышение жесткости напряженного состояния сжатия усиливается, кроме того, наличием оребрения.

Во время этих операций происходит дальнейшее охлаждение цапфы. В связи с этим сопротивление деформации металла в цапфе

З* 67



Темперагпура°С




Начало ковки

Конец ковки

iBf^



1170-1150 920-950

900




























WA^V/A ^







(














ТТР










'/////х/////,









1120-1150

900

^--^















Фэйготовки



11ZO-1150

ЭОО












т-^



Г\










'

и















~>ис. 4.6. Осадка слитков коническим ойком

выполняют на плоских пли­тах до заданной конечной степени деформации. Приме­нение этого способа ковки для слитков из коррозион-ностойкой стали позволяет получить поковки без макро­дефектов.

Для уплотнения осевой зоны литого металла можно применить эффект подпира­ющего воздействия вогну­тых боковых поверхностей. Подготовленный для билле-тировки слиток (с закатан­ной цапфой под патрон про­тивовеса) обжимают таким образом, чтобы получить бо­ковую поверхность его в фор­ме вогнутой бочки (рис. 4.7). При последующей осадке слитка средняя по высоте его осевая зона находится в рез-ковыраженном объемном на­пряженном состоянии сжа­тия. После осадки боковые поверхности блока стано­вятся близкими к цилиндрическим. При этом значительно уменьшаются растягивающие напряжения в наружных слоях в отличие от условий, создающихся при осадке цилиндрического биллета с образованием выпуклой бочки.

Схема напряженного и деформированного состояния при осадке заготовок с вогнутой боковой поверхностью оказывается благо­приятной и для закрытия"осевых дефектов в начальные моменты деформирования без достижения больших общих уковок.

В кузнечном производстве для осадки применяют, как пра­вило, сферические вогнутые плиты. Средняя по оси часть осажен­ного блока оказывается при этом деформированной в большей степени, чем зоны, примыкающие к осадочным плитам. Если не ставится задача такого распределения деформаций, то улучшения проработки частей объема заготовки, расположенных вблизи торцовых поверхностей, можно достичь применением специальных бойков —осадочных плит (рис. 4.8).

Такая конструкция кузнечных бойков с комбинированной рабочей поверхностью обеспечивает проработку приторцовых зон поковки в начале процесса осадки, а потом позволяет обжать и центральную область поковки в условиях напряженного со­стояния всестороннего сжатия. Применение этих бойков создает

69


f °f

'ч/О

во






0 2.0 40 60 80R,%

Рис. 4.7. Схема осадки с биллетиров- Рис. 4.8. Бойки для осадки кой на вогнутую боковую поверхность и распределение деформаций в попереч­ном сечении (Вер — средняя степень последовательную проработ-постадийных обжатий): ку металла по всему объему

а — заготовка до осадки; б—заготовка по- заГОТОВКИ, В результате ЧёГО еле осадки" ———————— заготовка с вог-

нутой боковой поверхностью; ----- достигается повышение ме-

цилиндрическая заготовка ХаНИЧёСКИХ СВОЙСТВ И ВЫраВ-

нивание их в объеме изделия.

В тех случаях, когда осадка не имеет самостоятельного формо-образующего назначения, необходимость ее применения надо рассматривать в связи со схемой течения металла при протяжке и при осадке и происходящими при этом изменениями элементов строения слитка.

Проведенными исследованиями для конструкционных сталей было показано значительное влияние формы неметаллических включений — сульфидов — на пластические свойства металла по­ковок, откованных по различным схемам. При осадке металла первоначальная глобулярная форма сульфидов изменяется — сульфид превращается в эллипсоид с двумя длинными и одной короткой осями. При ковке протяжкой сульфиды образуют эллип­соиды с двумя малыми и вытянутой третьей осями (в направлении протяжки). Из трех слитков стали 40Х развесом 2,8 т один был откован только осадкой, второй — только протяжкой, а на третьем исследовали форму сульфидов и механические свойства металла в литом состоянии. Из опытного металла вырезали пластины, а затем образцы в трех взаимно перпендикулярных направлениях (продольном, радиальном, тангенциальном) в наиболее характер­ных точках сечений (по зонам слитка и зонам деформации при осадке и протяжке). "^ШЯ "

Обработка микрошлифов в соответствии с их пространственной ориентировкой в поковках позволила установить значительную вытянутость сульфидов в радиальном и тангенциальном направ-

70

Похожие:

Лекция 13. Производство поковок из слитков операции и приемы ковки сплошных поковок iconНаименование технологии Параметры Контакты
Штамповка поковок клапанов с диаметром стержня от 7,5 до 14 мм и длиной от 110 до 250 мм
Лекция 13. Производство поковок из слитков операции и приемы ковки сплошных поковок iconФизика сплошных сред
Математический аппарат фсс: Тензоры и их координаты. Элементарные операции с тензорами. Инвариантные тензоры. Операции с символьными...
Лекция 13. Производство поковок из слитков операции и приемы ковки сплошных поковок iconИнструкция по охране труда для кузнеца ручной ковки тои р-218-38-94 Общие требования безопасности
К работе кузнецом ручной ковки допускаются лица не моложе 18 лет, признанные годными к
Лекция 13. Производство поковок из слитков операции и приемы ковки сплошных поковок iconСписок структурных подразделений, расположенных на территории обслуживания Юго-Западного банка ОАО «Сбербанк России», осуществляющие операции по покупке-продаже монет из драгоценных металлов, покупке-продаже слитков из драгоценных металлов

Лекция 13. Производство поковок из слитков операции и приемы ковки сплошных поковок iconЗавод металлоконструкций ООО "Стальные и алюминиевые конструкции" к истории художественной ковки в Рязани в основу производства фабрики художественных кованых изделий «Белая черемуха»
В основу производства фабрики художественных кованых изделий «Белая черемуха» легли традиции и особенности Рязанской ковки, зародившейся...
Лекция 13. Производство поковок из слитков операции и приемы ковки сплошных поковок iconЛекция №1 > Лекция №1. Геоинформатика: общие вопросы План: Лекция №1. Геоинформатика: общие вопросы 1
Охватывает науку, технику и производство
Лекция 13. Производство поковок из слитков операции и приемы ковки сплошных поковок iconЛекция 12. Рассеяние света
Классическое описание рассеяния света (Ландау и Лифшиц Электродинамика сплошных сред 582-1982)
Лекция 13. Производство поковок из слитков операции и приемы ковки сплошных поковок iconОперации подобны встроенным функциям языка. Они применяются к выражениям операндам
Существуют и унарные операции, имеющие только один операнд, помещаемый после знака операции. Например, запись -Х означает применение...
Лекция 13. Производство поковок из слитков операции и приемы ковки сплошных поковок iconЮмористические приемы
Довольно часто разновидности того или иного приема комического рассматривались в качестве самостоятельных приемов. Таким образом,...
Лекция 13. Производство поковок из слитков операции и приемы ковки сплошных поковок iconМетодические указания по выполнению контрольных работ по курсу «Электродинамика сплошных сред»
«Электродинамика сплошных сред» для студентов вечернего отделения физического факультета
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org