Расчет усилий, работы, энергии деформации, удара, веса падающих частей

Усилие деформации ковки определяют в общем случае по формуле:

, кг; кН; (2)

где соответственно p и F – удельное давление (кг/мм²) и площадь контакта (мм²; м²) инструмента с заготовкой.

Для осадки заготовок вида правильной призмы или цилиндра с диаметром d вписанной окружности и высотой l после осадки, коэффициентом трения контакта f из металла с пределом прочности σ_Bt при температуре ковки принимают:

а) для и

, 7)

б) для f = 0 и любого d/l или f ≠ C и d : l ≤ 1

(4)

Для процесса вытяжки принимают подачу вытяжки равной 0,6 – 0,7 ширины бойка инструмента и l₀ : l = 1 ÷ 2 или l₀ : d (для круглых поковок):

а) при вытяжке плоскими бойками принимают

, (5)

б) при вытяжке под вырезными бойками принимают

, (6)

в) при вытяжке в вырезных бойках заготовки с вставленной оправкой принимают

, (7)

здесь , Д и d – диаметры вписанных окружностей сечений заготовки и оправки.

При вытяжке сечение F принимают равным проекции контакта (для случаев а и б).

Для операции прошивки усилие Р берут по (2):

а) для открытой прошивки (без оправки)

, (8)

б) для закрытой прошивки (в кольцевой оправке)

, (9)

при Д : d > 6 в обоих случаях берут:

, (10)

Работа деформации ковки для малых (докритических) относительных деформаций [e] = 0,02 ÷ 0,06 вычисляется приближенно

кГм, кДж (11)

здесь V – объем заготовки, см³; ψ_с – коэффициент учета скорости удара, берется по соотношению абсолютных температур процесса деформирования Т_Д и плавления металла Т_пл; для Т_Д : Т_пл = 0,5 ÷ 0,7 берут ψ_с = 1,75 ÷ 2,5; для Т_Д : Т_пл > 0,7 берут ψ_с = 2,5 ÷ 3,5.

Энергию удара молота с учетом потерь ее на сотрясение молота, фундамента, шабота, на упругую деформацию системы принимают равной:

Е = 1,25 · А, кГм, кДж. (12)

Для современных ковочных молотов по ГОСТ 9752-75 вес падающей части молота принимают равным:

G = 0,4 · Е, кГ (13)

Пример: Определить вес падающей части молота для операции осадки цилиндрической заготовки Д₀ = 300 мм, l₀ = 150 мм на стали 40 на высоту l = 100 мм.

Диаметр после осадки (без учета бочкообразности)

мм

Объем заготовки V – 0,785 · 300² · 150 · 10^-9 = 0,0354 м³.

Выбираем температуру осадки Т_Д2 = 1200°С, при которой для стали 40 предел прочности равен σ_Bt = 2,1 кГ/мм² (21 мн/м²). По формуле (3), так как Д₀ : l₀ = 300 : 150 = -, находим:

кГ/мм²; 15,87 Мпа.

Выбираем степень деформации при последнем ударе [e] = 0,05. Работу деформирования находим по (11) при ψ_С = 3, так как имеем соотношение Т_Д : Т_пл = 1473 : 1675 = 0,86. Тогда А_п = 1,587·10,6·10⁶·0,05·10^-3 = 2520 кГм.

Потребная энергия удара Е = 1,25·2520 = 3150 кГм.

Вес падающих частей по (13) равен G = 0,4·3150 = 1260 кГ.

Таким образом, для выполнения ковочной осадки исходной заготовки по заданным условиям и свойствам материала нам требуется применить молот с весом падающих частей примерно 1000-15000 кГ и энергией удара порядка 3000-35000 кГм (300-350 кДн).

Содержание работы отчета

1. Составить эскиз-чертеж поковки.

2. Выбрать размеры исходной заготовки из сортового проката.

3. Эскизно разработать последовательность технологических операций ковки с выбором тепловых режимов нагревов.

4.Определить параметры молота (энергию удара, вес падающих частей).

5. Из нескольких вариантов расчетов студентов бригады выбрать оптимальный на основе анализа вариантов.

6. Устно описать при собеседовании устройство, работу молота, основные ковочные операции.

7. Выполнить одну из операций ковки на молоте под руководством лаборанта, соблюдая правила безопасности: работать в защитном костюме, рукавицах, каске, очках с использованием ручного вспомогательного инструмента; строго выполнять указания и команды мастера-инструктора (лаборанта кафедры).

Литература

1. Паршиков А. А. Выбор заготовок, М.: МАИ, 1973.

2. Маликов А. Н. Справочник для работников кузнечно-прессовых цехов. М.: Машиностроение, 1976. 256 с.

3. Брюханов А. Н. Ковка и объемная штамповка. М.: Машиностроение, 1975. 560 с.

4. Суворов И. К. Обработка металлов давлением. М.: Высшая школа, 1980. 430 с.

5. Сторожев М. В. и др. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение. 1977. 223 с.

6. Ковка и штамповка цветных металлов и сплавов: Справочник. М.: Машиностроение, 1972.

7. Курдюков В. Н. и др. Свободная ковка на молотах. М.: Машиностроение, 1974.

8. Полухин П. И. и др. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Справочник. М.: Машиностроение, 1976.

9. ГОСТ 7062-79. Поковки из углеродистых и легированных сталей, изготовляемые ковкой на прессах. Припуски и допуски.

10. ГОСТ 7829-70. Поковки из углеродистых и легированных сталей, изготовляемые ковкой на прессах. Припуски и допуски.

11. ГОСТ 8479-70. Поковки из конструкционных, углеродистых и легированных сталей. Общие технические условия.

12. Ковка и штамповка. Материалы, нагрев, оборудование: Справочник в 4 т. Т. 1. М.: Машиностроение, 1985. 586 с.

13. Богоявленский К. Н. и др. Производство заготовок. Д.: Машиностроении, 1977. 210 с.

14. ГОСТ 25054-81. Поковки из коррозионно-стойких сталей. Общие технические условия.

15. Семенов Е. И. Технология и оборудование ковки и объемной штамповки. М.: Машиностроение, 1978. 265 с.

16. Кузьминцев В. Н. Ковка на молотах и прессах. М.: Высшая школа, 1985. 224 с.

17. Челноков Н. М. Технология горячей обработки материалов. М.: Высшая школа, 1981. 296 с.

Таблица 1

Припуски и допуски для поковок типа втулок с уступами, сплошных или с отверстием, производимых в подкладных кольцах (ГОСТ 7829-70), мм

Д1 или Д2 детали	Размеры, на которые назначают припуски и допуски	Высота детали L, мм
до 50	св 50 до 65	св 65 до 80	св 80 до 100	св 100 до 125	св 125 до 150
Припуски (δ, δ1, δ2, δ3) и предельные отклонения-допуски
св 50 до 80	L, l Д1 Д2 d	7 ± 2 7 + 2 +2 5 - 1 13 ± 2	7 ± 2 8 ± 2 +2 6 – 1 14 ± 2	8 ± 2 8 + 2 + 3 7 – 1 14 ± 2	9 ± 2 9 ± 2 + 3 7 – 1 15 ± 2	- - + 4 8 – 2 -	- - + 4 8 – 2 -
св 80 до 110	L, l Д1 Д2 d	7 ± 2 8 ± 2 6 + 2 14 ± 2	8 ± 2 9 ± 2 7 ± 3 15 ± 2	9 ± 2 9 ± 2 7 ± 3 15 ± 2	10 ± 2 10 ± 3 8 ± 4 16 ± 2	10 ± 3 10 ± 3 8 ± 4 16 ± 2	11 ± 3 11 ± 3 9 ± 4 17 ± 3
св 110 до 150	L, l Д1 Д2 d	8 ± 2 10 ± 3 + 4 8 - 2 16 ± 3	8 ± 11 ± 3 + 4 8 – 2 17 ± 3	9 ± 3 11 ± 3 + 4 9 – 2 17 ± 3	10 ± 3 12 ± 3 + 4 9 – 2 18 ± 4	11 ± 3 12 ± 3 + 4 10 – 2 18 ± 4	12 ± 3 23 ± 4 + 6 11 – 1 19 ± 4
св 150 до 200	L, l Д1 Д2 d	8 ± 2 10 ± 3 + 4 8 - 2 16 ± 3	8 ± 2 11 ± 3 + 4 8 – 2 17 ± 3	9 ± 3 11 ± 3 + 4 9 – 2 17 ± 3	10 ± 3 12 ± 3 + 4 9 – 2 18 ± 4	11 ± 3 12 ± 3 + 4 10 – 2 18 ± 4	12 ± 3 13 ± 4 + 5 11 – 2 19 ± 4

Примечание:

1. Уклон сверх припуска в отверстии: < 1 : 20

2. Разрешается не прошивать отверстия d ≤ 40 мм и при L : d > 2,5

3. Основные припуски и допуски на размеры L, l, Д, d назначают по Д₁ и L; на размер Д₂ по Д₂ и L.

4. Дополнительные припуски на несоосность S выбирают по (Д₁ – Д₂) и назначают: а) на размер Д₂ при Д' l' > Д'₂ (L' - l');

б) на размер Д₁ при Д' l' ≤ Д'₂ (L' - l')

Д1 – Д2 мм	до 40	40 до 80	80 до 100	100 до 120
S

Таблица 4

Зависимость от температуры (Т°, С) предела прочности σ_Bt (кГ/мм²) и относительного удлинения δ (%) сплава

Сталь	Т, °С	Температура Т, °С
Сталь 15	σBt		5,2	4,4	2,9	2,6	1,7
δ
Сталь 45	σBt		11,5			3,7	2,8
δ
12ХНЗА	σBt					2,8	1,8
δ
2 Х13	σBt		3,6	2,7	3,7	2,2	1,2
δ
У12, У12А	σBt
δ
Р 9	σBt
δ
Ш Х 15	σBt		11,5				2,5
δ
30ХМФА	σBt			9,3	6,3	4,6	3,2
δ
Сплав	Т, °С
АК 8	σBt		-				-	-
δ		-				-	-
ВД 17	σBt						-	-
δ						-	-
М А З	σBt			5,3			-	-
δ
В Т 9	σBt							-
δ			8,5			9,5
ЛЖМц59-1-1	σBt
δ
БрАЖ 9-458	σBt			-		-		5,7
δ			-		-

Таблица 5

Температурные интервалы ковки сплавов (Т, °С)

Сплав	Т, °С	Сплав	Т, °С
15, 25, 40, 45, 155	1250-750	Р9, Р18, ЭИ347	1200-910
10Г2, 35Г2, 40Г, 50Г 15Х, 30ХА	1100-850 1200-800 1130-850	25Н, 30Н, 25НА, 30НА	1220-800
40Г..60Г, 70Г 12ХН2, 12ХН3А	1190-800	35Х...50ХА, 40Г2 50Г2, 30ХН, 50ХН	1130-750 1180-830
ХВГ, 9ХС, Х	1180-900	У12,...У13А	1130-890
30ХН3А, 38ХМЮА 35ХМФА, 30ХН3А	1080-850 1160-880	ШХ6, ШХ9, Х60М, Х60 Х13Н7С2А, Х18Н11Б	1100-850 1150-870
7Х3, 9Х3, 9Х	1150-800	ШХ15, ШХ15СГ, ХВ5, 85ХФ	1120-850
2Х13...4Х13,Х9С2 Х5М, 1Х18Н9Т, 2Х18Н9Т	1190-800 1150-900	6ХНМ, 5ХНМВ, 5ХГМ	1170-860
ВТ3, ВТ9, ВТ14	1100-850	ВТЗ, ВТЗ-1	1050-850
Д1, АВ, АК2, АК3, ВД17	500-380 470-400	МА 3	400-340
Л70, Л68, ЛМЖц59-1-1	830-650	БрАЖ 9-4	850-750