Теоретические основы ОМД свободной ковки

Лекция 2

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОМД СВОБОДНОЙ КОВКИ

1.   Основные процессы ОМД и роль ковки в машиностроение.

2.   Технология производства качественного металла поковок.

(Литература /1/, стр. 3-20).

В простейшем представление свободная ковка ( в дальнейшем ковка) является процессом горячей металлообработки ударом или давлением с использованием универсальных или специальных инструментов и оборудования возвратно-поступательного действия. Ковка - сложный процесс ОМД, посколько обычно состоит из ряда последовательно чередующихся, самостоятельных кузнечных операций, которые в общем случае сопровождаются продольными перемещениями и поворотами заготовками вокруг оси. Операции ковки характеризуются дискретной деформацией: обжатие заготовки и отдых металла в момент возвращение деформирующего инструмента в исходное положение. Такие особенности деформации позволяют формировать в поковки неожиданные свойства. Разнообразие операций ковки позволяют получать поковки простых и сложных форм, номенклатура которых исчисляется десятками тысяч наименований. Основные формы поковок,

поперечные сечения и их геометрические соотношения размеров представлены а таблице 1.

Таблица 1.

Группы сложности основных форм поковок (ГОСТ-7062-...)

Номер эскиза	Тип поковки	Эскиз поковки	Соотношение размеров	Номер таблиц припусков и допусков
1	Гладкие круглого и прямоугольного сечения		L ³ 1,2D	2,3
2			L ³ 1,5H0 H0£B£1,5H0	4,5
3	Круглого сечения с уступами		l1>0,3D1 h1,2³12мм	2,3,6,7,8
4
5	Круглого сечения с буртом		l1£0,3D1 h1,2³12мм	2,3,6,7,8,9
6	Круглого сечения с выемкой		h³12мм	2,3,6,7,8
7	Круглого сечения с фланцем		l1£0,3D1 h1,2³12мм	2,3,6,7,9
8	Квадратного сечения с уступами тех же типов, как и круглого сечения		B0=H0 B1=H1	4,5,6,7,8,9
9	Круглого сечения с конусом		h > 24мм l ³ 2D2	2,3,6,7
10	Цилиндры		0,5D £ H0 £ 1,2D	10,11
11	Диск		H0 < 0,5D	10,11
12	Муфты		0,5D £ H0 £ D D < 0,5D	10,11,12
13	Диски с отверстиями		H0 < 0,5D d < 0,5D	10,11,12
14	Бруски и пластины		H0 £ B £ L L £ 1,5B L £ 2,5H0	14,15
15	Бруски и пластины с отверстиями		H0 £ B £ L L £ 1,5B L £ 2,5H0	14,15
16	Цилиндры с отверстиями		L > 1,2D d ³ 0,5D	16,17,18,19

Процессы ковки известны 8000 лет назад, как искусство: производство изделий украшения красавиц, оружие для мужчин, а затем как ремесло: ковка поковок деталей машин и механизмов, орудий труда. Это первый вид обработки металлов давлением (ОМД), который в тот период был широко распространен в мире. По мере развития цивилизации развивались процессы ковки. Из них стали выделятся специализированные процессы ОМД: штамповка, прокатка, волочение, прессование и их разновидности (рис.1).

Казалось бы, что при бурном развитии ОМД роль ковки уменьшилась. Однако, из всего многообразия процессов только ковкой можно получать многотонные деформированные изделия. Использование крупных слитков до 450 т. в России и 600 т. в Японии определяет дальнейшее развитие крупного энергетического машиностроения и судостроения (энергоблоки 1,5 млн. кват, супертанкеры дейдвейдом 200 в России и 600 тыс. тонн в Японии). Применение процессов ковки и штамповки в машиностроении позволяет придать металлу любой формы, возможно ближе отвечающей конфигурации будущей детали с наименьшими затратами, исправление дефектов литой структуры, повышение качества металла данной формы и с заданны-ми механическими свойствами и их распределению в объеме поковки, которые удовлетворяют эксплуатации данного изделия.

Технология производства качественного металла поковок включает несколько процессов начиная от металлургического и заканчивая процессами термообработки и контроля качества металла (рис.2).

Исходной заготовкой для кузнечного производства является продукция сталеплавильного производства. На долю кованого металла приходится 70% из сталеплавильных слитков.

С горячего посада Слитки: - Увеличение - Получение заданной формы и - Отжиг - нормальные; пластичности. размеров поковки при мин. затратах. - Нормализация - малоприбыльные; - Снижение соп - - Полное или частичное устранение де - - бесприбыльные ротивления де - фектов металлургического производства. - полые. формации. - Повышение уровня свойств металла и Заготовки с УНРС и УПНРС. - Перераспреде - перераспределение их в объеме поковки. Центробежнолитые. ление свойств - Получение заданной структуры зерна и Прокат за счет темпе - снятие напряжений 2-го рода. Жидкий металл. Ратуры Рис.2 Технология производства поковок.

Как обработчиков металла давлением сталеплавильные слитки интересуют их деформационными свойствами и их распределением в объёме заготовки. В качестве исходного материала для кузнечно-штамповочного производства применяют металлы и сплавы в виде слитков, проката различных профилей, прессованных прутков, непрерывно-литые и центробежнолитые заготовки, и даже жидкий металл в стадии переохлаждения.

Стальные слитки имеют форму усеченной пирамиды, поперечное сечение которой имеет форму в виде 4х, 6ти, 8ми, 12ти многогранника. Из-за условий кристаллизации крупных слитков сечения могут иметь и большее число граней, вплоть до 24х. Отношение наибольшей длины тела слитка к среднему диаметру не превышает 2,5. Однако слитки большой массы от 300 т. до 500 т. и более могут иметь это соотношение меньше 2х и даже до 1го. Слитки меньшей массой до 200 кг. чаще применяются для высоколегированных сталей и сплавов. Конусность нормальных слитков достигает градусов. Металлургические отходы таких слитков составляют: с донной части 5 - 8 %, с прибыльной части%. Для легированных сталей соответственно: 7-10% и%. Для получения длинномерных изделий в промышленности используются удлиненные слитки с соотношением длины к диаметру сечения от 3 до 5. Отходы при отделение от слитка прибыльной части составляет около 12%, а донной в пределах 1 - 3 % .Химический состав металла удлинённых слитков однороднее, чем у нормальных слитков, из-за интенсивного теплоотвода при кристаллизации металл имеет большую плотность, что позволяет уменьшить уровень деформации для закрытия пустот и несплошностей слитка. В отечественной промышленности освоена отливка удлинённых слитков массой до12 тонн.

Малоприбыльные или бесприбыльные слитки, отливающиеся в стандартные изложницы с меньшей на номер прибыльной надставкой или без

неё, используются для получения полых поковок. При этом увеличивается выход годного металла на 7 - 12%.

Полые слитки массой до 80 тонн ( Завод «Баррикады» отлил полый слиток массой 120тонн) используются для получения полых поковок типа тонкостенных труб, барабанов, длинномерных втулок и т. д. Эти слитки получают разливкой в обычные изложницы, в которые по центру устанавливаются холодильник с размерами внутреннего отверстия поковки. С целью качественной кристаллизации металла слитка соотношение его длинны к толщине стенки не должно превышать 4.

Особый интерес представляет получения качественных изделий из непрерывнолитой или центробежнолитой заготовки. Но из-за небольших размеров сечений и толщины стенок для устранения внутренних дефектов данных заготовок необходимо задавать повышенные обжатия или увеличить турбулентность деформации.

В большинстве процессов ОМД, в том числе и процессы ковки, течение метала неоднородно и итоговое распределение деформаций ( механических свойств) неравномерно. Это явление справедливо считают вредным. Однако для ряда изделий анизотропию механических свойств определяет повышения эксплуатационных возможностей детали. Конструктивные требования, предусматривающие это неравномерное распределение свойств а объёме детали, заставляют создавать условия их получения: или за счет закономерного распределения температуры при нагреве заготовки, или за счет соответствующего распределения пластического течения металла ( макропотоков), или всё вместе.

Промежуточная термообработка снимает остаточные напряжения, возникающие в объёме поковки вследствие неравномерных граничных условий и неравномерной технологической деформации. Процесс производства заканчивается отделочными операциями, контролем качества продукции и сдаточно - отгрузочными процедурами.

Выводы. Процесс получения качественного металла поковок включает комплекс процессов металлургического производства, где качество продукции на каждым переделе определяется совершенными технологическими процессами и контролируются не законодательными актами а полнейшей автоматизацией технологии производства металла и поковок.