Разработка технологического процесса получения заготовок деталей методом пластической деформации

(свободной ковкой).

Цель работы: изучить основные этапы разработки технологического процесса изготовления поковок методом свободной ковки.

Задание: разработать технологический процесс получения поковки детали «вал ступенчатый» свободной ковкой.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Для выполнения работы студент должен изучить основные операции технологического процесса получения поковок свободной ковкой, виды оборудования и применяемый инструмент.

Студент должен знать:

– что называется поковкой и заготовкой;

– как спроектировать поковку;

– как выбрать заготовку;

– какие основные технологические операции получения поковок свободной ковкой;

– какое оборудование применяют для отрезки заготовки, ее нагрева и ковки;

– какой инструмент применяют для ковки.

2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.1. Изучить методику разработки технологического процесса получения поковки свободной ковкой.

2.2. Записать алгоритм выполнения работы в соответствии с вариантом задания.

2.3. Разработать технологический процесс, записать полученные результаты.

2.4. Вычертить эскизы детали, поковки, заготовки.

2.5. Оформить отчет. Отчет должен включать основные этапы разработки технологического процесса и расчетные формулы, алгоритм выполнения задания по разработке технологического процесса получения поковок с записью исходных данных и результатов выполнения задания, эскизы детали, поковки, заготовки.

3. МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПОКОВКИ СВОБОДНОЙ КОВКОЙ

Разработка технологического процесса получения поковки включает:

– разработку чертежа поковки;

– определение размеров заготовки, расчет выхода годного и коэффициент использования металла;

– назначение технологических операций;

– выбор оборудования для отрезки, нагрева и ковки заготовки;

– выбор температуры начала и конца ковки и расчет времени нагрева заготовки.

3.1. Разработка чертежа поковки состоит из назначения припусков на механическую обработку, допусков на размеры. Припуски на обработку, допуски на ковку, а также условия образования уступов, выемок, фланцев буртов регламентированы ГОСТ 7829-70 для поковок, изготовляемых под молотами, и ГОСТ 7062-90 для прессовых поковок массой до 100 т.

Для поковок «вал ступенчатый»:

D_пок = D_дет + d

L_пок = L_дет + 2,5d

D_1пок = D_1дет + d₁

L_1пок = L_1дет + 2d₁

D_2пок = D_2дет + d

L_2пок = L_2дет + 1,5d

Для поковок типа «зубчатое колесо» – диск, втулка (D) с отверстием (d) и высотой Н:

D_пок = D_дет + d₁

Н_пок = Н_дет + d

d_пок = d – d₂

d – припуск на механическую обработку, выбираемый из таблиц ГОСТ.

3.2. Массу детали и массу поковки определяют по формуле:

M = V * g,

где V – объем;

g – плотность стали (7850 кг/м³).

3.3. Заготовку для получения поковки выбирают по массе:

M_заг = M_пок + M_отх,

где M_отх – масса отходов, которая включает потери металла на окалинообразование при нагреве (угар), технологические отходы.

Зная массу заготовки, находят ее размеры исходя из соотношения:

Y = F_заг / F_пок,

где Y – уков;

F_заг – площадь поперечного сечения заготовки;

F_пок – площадь поперечного сечения поковки.

Для круглого сечения:

Y = D²_заг / D²_пок.

Задавая значение Y, можно найти D_заг и выбрать прокат для отрезки заготовки.

При использовании проката в качестве заготовки необходимо, чтобы Y_min_общ ≥ 1,25. Обычно уков принимают 1,3–1,5 для углеродистых сталей.

Длину заготовки определяют из соотношения:

V_заг = [pD²_заг / 4] L_заг, V_заг = M_заг / g,

где V_заг – объем цилиндрической заготовки.

Отсюда

L_заг = 4M_заг / pD²_заг g.

3.4. Расход металла для получения поковки характеризуется выходом годного:

U = [M_пок / M_заг] 100%.

3.5. Расход металла для получения готовой детали характеризуется коэффициентом использования металла:

K = [M_дет / M_пок] 100%.

3.6. Выбор оборудования для отрезки заготовки и ее нагрева производят, исходя из условий производства (массовое, серийное, единичное), требований производительности, вида и размеров заготовки, соображений экономичности и др.

3.7. Оборудование для ковки выбирают в зависимости от размеров детали и массы поковки с помощью таблиц.

3.8. Назначение режима нагрева заготовок включает выбор температуры начала и конца горячей обработки и расчет времени нагрева. Температурный интервал обработки зависит от температуры плавления и рекристаллизации металла, т.е. начальная температура должна быть ниже температуры плавления, а конечная – выше температуры рекристаллизации. Для углеродистых сталей температуру горячей обработки можно выбрать по диаграмме железо-углерод (рис. 5).

Время нагрева выбирают, исходя из зависимости:

S = KD_пок √ D_пок

где S – время нагрева, ч;

D_пок – диаметр поковки, м;

K – коэффициент (для углеродистых сталей K = 12,5).

3.9. Инструмент для ковки выбирают, исходя из конфигурации поковки и заготовки, технологических условий на поковку, вида выполняемых операций, условий производства. В данной работе выбирают только основной инструмент.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

Таблица 2.1

№ п/п	Вопросы	Ответы на страницах
1*	2*	3*

	Из каких операций состоит процесс получения деталей свободной ковкой?	417-418	479-480	71-74
	Из каких этапов состоит разработка технологического процесса получения поковок свободной ковкой?	–		75-78
	Что называется припуском? Для чего и как его назначают?	–
	Что используют в качестве заготовок для получения поковок?	–
	Что характеризует выход годного и коэффициента использования металла?	–		–
	Какое оборудование используют для отрезки заготовок?	–	-	–
	Какое оборудование применяют для нагрева заготовок?	–		–
	Как назначить режим нагрева заготовок?	–		–
	Чем определяется температура нагрева заготовок?	–		–
	Какое оборудование применяют для свободной ковки?	–	–	–
	Какой параметр характеризует выбранное оборудование для ковки?	–	–	–
	От чего зависит выбор оборудования для ковки?	–	–	–
	Объясните принцип работы паровоздушного молота.	–	–	74-75
	Объясните принцип действия кривошипного процесса.	–	–	–
	Какие детали изготовляют методом свободной ковки?	–		–
	Какие инструменты применяют для свободной ковки?	–		–

Примечание:

1.* Материаловедение и технология металлов: учебник для вузов / Г. П. Фетисов [и др.]; под ред. Г. П. Фетисова. - 2-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 2002. - 638 с.

2.* Технология металлов и материаловедение: учебник для вузов и техникумов / Б. В. Кнорозов [и др.]; под ред. Л. Ф. Усовой. – М.: Металлургия, 1987. - 800 с.

3.* Технология конструкционных материалов: учебное пособие для вузов / под ред. А. М. Дальского. – 2-е изд. перераб. и доп. / М.: Машиностроение, 1990. – 352 с.: ил.

АЛГОРИТМ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПОКОВКИ

Начало

Выбор оборудования для отрезки заготовки

Выбор оборудования для нагрева заготовки

Вариант детали

Конец

Выбор технологических операций

Выбор основного инструмента ковки

Расчет времени нагрева заготовки

Рис. 2.1. Блок схема алгоритма решения задачи.

Определение массы детали, поковки, заготовки

Выбор кузнечного оборудования

Выбор температуры начала и конца ковки

Определение размеров поковки

Материал и размер детали

1. Вариант детали:

- зубчатое колесо;

- вал ступенчатый.

2. Материал детали – сталь.

Размеры деталей:

D; d; H - для зубчатого колеса (рис. 2.2);

D; L; D₁; L₁- для вала (рис. 2.3).

3. Технологические операции:

- отрезать заготовку;

- нагреть заготовку;

- отрубить;

- осадить;

- высадить;

- протянуть;

-провести разгонку;

- пробить отверстие;

- прошить отверстие;

-править.

4. Размеры поковки выбираются с учетом припусков на механическую обработку по ГОСТ 78-29-70 (табл. 2.2).

5. Оборудование для отрезки заготовок:

- фрезерный станок;

- отрезной ножовочный станок (до Æ 250 мм);

- отрезной станок с дисковой пилой (до Æ 500 мм);

- электромеханическая пила.

6. Оборудование для нагрева заготовок:

- газовая методическая печь;

- каменная электрическая печь;

- каменная пламенная печь.

7. Кузнечное оборудование:

- паровоздушный молот с массой падающих частей 1 т, 2 т, 3 т, 15 т;

- пневматический молот с массой падающих частей 400 кг, 750 кг;

- гидравлический ковочный пресс.

8. инструмент для ковки:

- бойки вырезные;

- бойки плоские;

- бойки комбинированные;

- обжимки;

- наметки, пережимки, раскатки;

- топоры;

- прошивки.

ПРИПУСКИ РАЗМЕРОВ ДЛЯ ГЛАДКИХ ПОКОВОК КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ, ИЗГОТАВЛИВАЕМЫХ СВОБОДНОЙ КОВКОЙ НА МОЛОТАХ

Таблица 2.2

Длина детали, L	Диаметр детали, D
1*	2*	3*	4*	5*	6*	7*	8*	9*
Припуски (δ)
До 250
Св. 250 до 500
Св. 500 до 800
Св. 800 до 1200
Св. 1200 до 1700	-
Св. 1700 до 2300	-
Св. 2300 до 3000	-	-

Примечание:

1* - до 50

2* - свыше 50 до 70

3* - свыше 70 до 90

4* - свыше 90 до 120

5* - свыше 120 до 160

6* - свыше 160 до 200

7* - свыше 200 до 250

8* - свыше 250 до 300

9* - свыше 300 до 360

ПРИПУСКИ РАЗМЕРОВ ВТУЛОК СПЛОШНЫХ

И ВТУЛОК С ОТВЕРСТИЯМИ

Таблица 2.3

Диаметр детали D или размер сечения L, B	Размеры детали, на которые назначаются припуски	1*	2*	3*	4*	5*	6*
До 50	H D; L; B d	-	-	-	- - -	- - -	- - -
Св. 50 до 80	H D; L; B d	-	-	-	-	-	- - -
Св. 80 до 110	H D; L; B d
Св. 110 до 150	H D; L; B d
Св. 150 до 200	H D; L; B d
Св. 200 до 250	H D; L; B d
Св. 250 до 300	H D; L; B d
Св. 300 до 360	H D; L; B d