Литейное дело

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Патентно-информационный поиск

1.1 Способ изготовления поковок валов

1.2 Способ ковки слитков

1.3 Способ осадки кузнечных слитков

1.4 Способ осадки заготовок

1.5 Способ ковки поковок

2. Исследование технологических вариантов

2.1 Исследование технологических вариантов изготовления детали "Гидровал"

2.2 Исследование технологических вариантов изготовления детали "Плита"

3. Технологическая часть

3.1 Организация рабочего места

4. Конструкторская часть

4.1 Выбор и проектирование инструмента и оснастки для ковки поковки типа "Гидровал"

4.2 Выбор и проектирование инструмента и оснастки для ковки поковки типа "Плита"

4.3 Средства автоматизации и механизации кузнечных работ

5. Охрана труда и безопасность при чрезвычайных ситуациях

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

5.2 Разработка мероприятий по производственной санитарии

5.3 Разработка мероприятий по технической безопасности

5.4 Расчёт защитного заземления

5.5 Безопасность при чрезвычайных ситуациях

6. Экономическая часть

6.1 Исходные данные

6.2 Определение стоимости основных производственных фондов

6.3 Расчет издержек производства

6.4 Расчет цены продукции, прибыли и рентабельности

6.5 Технико-экономические показатели проекта

7. Проектирование цеха

7.1 Производственная программа. Назначение цеха

7.2 Режим работы цеха

7.3 Расчет количества основного и вспомогательного оборудования

7.4 Расчет площади пода нагревательных печей

7.5 Расчет площади пода термических печей

7.6 Основные и вспомогательные материалы

7.7 Расчет энергетики цеха

7.8 Определение количества рабочих

7.9 Определение площади цеха. Компоновка и планировка цеха

1. Патентно-информационный поиск

1.1 Способ изготовления поковок валов

Рисунок 1.1 - Начальная стадия осадки заготовки в кольце

На рисунке 1.1 изображена начальная стадия осадки заготовки в кольце; на рисунке 1.2 - окончание процесса осадки; на рисунке 1.3 - обкатка заготовки на окончательные размеры поковки.

Рисунок 1.2 - Окончательная осадка.

Способ осуществляется следующим образом.

Заготовку 1 устанавливают на опорном кольце 2, при этом коническое отверстие 3 кольца располагают к заготовке со стороны меньшего диаметра и хвостовик 4 заготовки 1 входит в это отверстие. Затем производят осадку заготовки, при этом часть металла заготовки идет на окончательное заполнение отверстия 3 в кольце 2. В результате хвостовик 4 оказывается запрессованным в нем и жестко фиксирует заготовку 1 относительно кольца 2. Затем кольцо 2 с заготовкой 1 фиксируют в губках кантователя 5, и заготовку 1 обкатывают между бойками 6 любым из известных способов. При этом запрессованный в опорном кольце 2 хвостовик 4 и само кольцо обеспечивает подпор заготовки со стороны кольца 2, препятствуя потере устойчивости ее по контуру. кузнечный слиток поковка

Рисунок 1.3 - Обкатка заготовки на окончательные размеры поковки.

1.2 Способ ковки слитков

На рисунке 1.4 изображен обрабатываемый слиток; На рисунке 1.5 - схема процесса ковки слитка.

Слиток 1 помещают между бойками 2 и 3 для протяжки и с помощью инструмента, например, пережимок 4, производят пережим слитка 1 по периметру с образованием деформированных поясов 5, отстоящих один от другого по длине слитка L на расстояние 8, равное ширине бойков 2 и 3 для протяжки, при этом пережим ведут с границы между телом слитка и его прибыльной частью в направлении к донной части слитка, а протяжку до образования гладкой поверхности заготовки осуществляют подачей на ширину бойка 3.

Рисунок 1.4 - Обрабатываемый слиток.

Рисунок 1.5 - Схема процесса ковки слитка.

1.3 Способ осадки кузнечных слитков

На рисунке 1.6 изображена осадка прибыльной части слитка, начальная стадия; на рисунке 1.7 - то же, окончательная стадия.

Способ осуществляют следующим образом.

Удлиненный слиток 1 устанавливают прибыльной частью в отверстие подкладного кольца 2, а донную часть посещают в отверстие ограничительного кольца 3 и производят осадку подприбыльной части слитка. Затем на донный торец слитка устанавливают прошивень 4и осаждают донную часть слитка путём выдавливания ее из отверстия ограничительного кольца 3.

При выдавливании прошивнем металла донной части слитка из центрального отверстия ограничительного кольца 3 происходит уплотнение осевой рыхлости, закрытие и заварка пор, рыхлот и других внутренних дефектов металлургического происхождения. Вытесняемый металл донной части слитка действует подобным образом и на металл подприбыльной части, уплотняя осевую рыхлость и способствуя закрытию и заварке дефектов.

Рисунок 1.6 - прибыльной части слитка, начальная стадия.

Рисунок 1.7 - прибыльной части слитка, конечная стадия.

1.4 Способ осадки заготовок

Способ осадки заготовок, Включающий в себя деформирование заготовки с подбором боковой поверхности за счёт оболочки и последующее удаление оболочки, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и повышения производительности, подпор осуществляют намоткой гибкого элемента на боковую поверхность заготовки, а после деформирования гибкий элемент удаляют размоткой.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу осадки заготовок, включающему деформирование заготовки с подпором боковой поверхности за счет оболочки и последующее удаление оболочки, подпор осуществляют намоткой гибкого элемента на боковую поверхность заготовки, а после деформирования гибкий элемент удаляют размоткой.

В качестве гибкого элемента может быть использована лента. Сам гибкий элемент можно изготовить из упругого материала, например полиуретана. В этом случае гибкий элемент можно использовать многократно.

1.5 Способ ковки поковок

После осадки слиток 1 устанавливают на нижнюю плоскую плиту 2 так, чтобы продольные их оси были параллельными и совмещались. Аналогично по отношению к слитку располагают верхний плоский боек 3 прикрепленный к подвижной траверсе гидравлического пресса. Затем верхним плоским бойком 3 обжимают слиток от центра к периферии с перекрытием подач. После полного прохода по всей поверхности кантуют слиток на 1800 вокруг оси и снова обжимают заготовку аналогичным образом. Обжатие и кантовку слитка на 1800 производят до получения соотношения ширина. В пластины к высоте. Н, равного 2,4 - 2,5.



Рисунок 1.8 - Ковка поковки

2. Исследование технологических вариантов

2.1 Исследование технологических вариантов изготовления детали "Гидровал"

Вариант №1 Данная технология предусматривает использование полого слитка, включает в себя протяжку на оправке на максимальный диаметр, разметка заготовки треугольными пережимками, протяжка заготовки в поковочные размеры и огневая резка в размеры. Плюс этой технологии малое количество операций, недостатком этого варианта является плохая проработка структуры.

Рисунок 2.1 - Эскиз полого слитка

Рисунок 2.2 - Эскиз поковки "Гидровал"

Вариант №2 Данная технология предусматривает биллетировку слитка и вырубку блока, также осадка блока, прошивка пустотелым прошивнем и протяжки поковки в поковочные размеры. Плюсом варианта является хорошая проработка структуры. Недостатком является очень большое количество операций, а также высокие усилия деформирования при осадке.

Рисунок 2.3 - Эскиз бесприбыльного слитка

Рисунок 2.4 - Эскиз рубки блока

Рисунок 2.5 - Эскиз осадки заготовки

Рисунок 2.6 - Эскиз прошивки заготовки

Рисунок 2.7 - Эскиз поковки "Гидровал"

Вариант №3 Данная технология предполагает использование обычного кузнечного слитка. Включает в себя операции биллетировки, оттяжку цапфы из прибыльной части, вырубка блока, осадка заготовки и прошивка ее полым прошивнем, после чего производится протяжка заготовки на больший диаметр и ковка поковки в размеры. Недостатком варианта является очень малый КИМ и КВГ.

Рисунок 2.8 - Эскиз обычного кузнечного слитка

Рисунок 2.9 - Эскиз рубки биллетировки слитка и рубки блока

Рисунок 2.10 - Эскиз осадки заготовки

Рисунок 2.11 - Эскиз прошивки заготовки

Рисунок 2.12 - Эскиз поковки "Гидровал"

Вариант №4 Данный технологический вариант предусматривает использование бесприбыльного слитка "Соколова" с холодильниками. Технология предусматривает биллетировку слитка, рубка блока, осадку заготовки, прошивку заготовки, протяжка заготовки на максимальный диаметр, ковка поковки в размеры. Минус варианта является большое количество операций. Плюс варианта является хорошая проработка структуры, так как выдра образуется вдоль оси, и удаляется полностью при прошивки, также высокий КИМ и КВГ.

Рисунок 2.13 - Эскиз бесприбыльного слитка

Рисунок 2.14 - Эскиз биллетировки и рубки блока

Рисунок 2.15 - Эскиз осадки заготовки

Рисунок 2.16 - Эскиз прошивки заготовки

Рисунок 2.17 - Эскиз поковки "Гидровал"

2.2 Исследование технологических вариантов изготовления детали "Плита"

Вариант №1 В этом варианте используется обычный кузнечный слиток. Применяются такие операции как: биллетировка и рубка блока, протяжка вырезными бойками, правка плоскими бойками, и рубка поковки в размеры. Минус варианта Не достаточно проработанная структура.

Рисунок 2.18 - Эскиз обычного кузнечного слитка

Рисунок 2.19 - Эскиз вырубки дна

Рисунок 2.20 - Эскиз протяжки выпуклыми бойками



Рисунок 2.21 - Эскиз правки плоскими бойками

Рисунок 2.22 - Рубка поковки в размеры

Вариант №2 Технология второго варианта включает в себя использование бесприбыльного слитка. Она включает в себя биллетировку слитка и рубку дна, осадку плоскими бойками, протяжку плоскими бойками и рубку поковки в размеры. Минусом варианта является сложность точного удаления усадочной раковины.

Рисунок 2.23 - Эскиз бесприбыльного слитка

Рисунок 2.24 - Эскиз биллетировки слитка и рубки дна



Рисунок 2.25 - Эскиз осадки блока

Рисунок 2.26 - Эскиз протяжки плоскими бойками

Рисунок 2.27 - Рубка поковки в размеры

Вариант №3 Технология включает в себя использование удлиненного слитка.

Технология предпологает применение операции биллетировки слитка и вырубки дна, разгон выпуклыми бойками, правка плоскими бойками, рубка поковки в размеры. Плюс способа в том что удлиненные слитки делятся на части и используют для дальнейшей ковки. Минусом способа является большая осевая рыхлость.

Рисунок 2.28 - Эскиз удлиненного слитка

Рисунок 2.29 - Эскиз биллетировки слитка и рубки дна

Рисунок 2.30 - Разгон выпуклыми бойками

Рисунок 2.31 - Правка плоскими бойками

Рисунок 2.32 - Рубка поковки в размеры

Вариант №4 Технология 4го варианта предусматривает использование Обычного кузнечного слитка ЭШО. Применяются операции биллетировки слитка и рубки блока, также осадка плоскими бойками с прожимом осаженной заготовки, протяжка плоскими бойками, правка плоскими бойками и рубка поковки в размеры. За счет изготовления слитка ЭШО получаем достаточно проработанную структуру, а также прожим осаженной заготовки является также калибровкой для дальнейшего изготовления поковки.

Рисунок 2.33 - Эскиз обычного кузнечного слитка ЭШО

Рисунок 2.34 - Эскиз биллетировки слитка и рубки дна

Рисунок 2.35 - Эскиз осадки и прожима заготовки

Рисунок 2.36 - Эскиз протяжки плоскими бойками

Рисунок 2.37 - Эскиз правки плоскими бойками

Рисунок 2.32 - Рубка поковки в размеры

3. Технологическая часть

Составление чертежа поковки "Гидровал"

Технология ковки вала зависит от оборудования, на котором будет изготавливаться поковка (молот или гидравлический пресс). Вид оборудования зависит от массы детали, кг:

Рисунок 3.1 - Эскиз детали "Гидровал"

Расчет массы и объёма детали произведен в программе "Компас"

Рисунок 3.2 - Массово объемные характеристики детали "Гидровал"

Масса детали:

Мд=102 т

Объём детали

Vд=13034468161 мм ³

Таблица 3.1- Сводная таблица диаметров участков поковки

№	Диаметр участка детали, мм	Основной припуск досн, мм	Диаметр Поковки, мм	Допуск±Д, мм
I	II	III	IV	V
D1	1600	-	2270	28
D2	2200	66	2270	28
D3	1600	57	1660	25
D4	2000	62	2065	26
D5	1600	57	1660	25
D6	2200	66	2270	28
Dотв	700	---	620	68

Таблица 3.2- Сводная таблица длин участков поковки

№	Длина участка детали, мм	Коэффициент	Припуск слева	Припуск справа	Длина участковПоковки мм	Суммарный допуск±Д,мм
		слева nсл	Справ nспр
L1	200	---	---	---	---	---	---
L2	300	1,5	0,75	73,5	36,75	610	15
L3	4000	0,75	0,75	36,75	36,75	3930	15
L4	800	0,75	0,75	36,75	36,75	875	15
L5	1200	0,75	0,75	36,75	36,75	1130	15
L6	300	0,75	1,5	36,75	73,5	410	15
Общая длина поковки (сумма всех длин)	6955	---



Рисунок 3.3 - Эскиз поковки "Гидровал"

При протяжке уступов образуются утяжины, которые на чертеже поковки показываются в виде скосов между участками (галтели). Приближенно угол скоса можно принять: а<15°, его длина из прямоугольного треугольника:

(3.1)

Lс.у 1 =

Lc.у 2=

Lc.у 3=

Lc.у 4=

где Di, Di+1 - диаметры выступа и уступа для всех участков

поковки соответственно, мм.

Проверка:

(3.2)

Ln=6955=6800+1,5•49+1,5•49=6955 мм

Составление чертежа горячей поковки сводится к пересчету размеров поковки с учетом коэффициента линейного расширения, который в среднем для сталей составляет: в=1,0..2,0 %.

Поэтому увеличиваем все размеры на коэффициент:

(3.3)

где Di, Li - диаметр и длина отдельных участков поковки, мм;

Dгi, Lгi - горячие размеры поковки, мм

Таблица 3.3 - Горячие размеры поковки

№ участка	1	2	3	4	5	Lг.н
Диаметр Dгi	2293	1677	2086	1677	2293
Длина Lгi	616	3970	884	1141	414	7025
Длина скосов Lcyi	83	55	55	83	-	-

Определение массы и размеров слитка

Номинальные объем и масса поковки рассчитываются в программе "Компас"

Рисунок 3.4 - Массово объемные характеристики поковки

Vн.пок=16513735114мм ³

Mн.пок=129137 кг

Масса напусков 2-го рода определяется согласно ГОСТ 7062 - 90:

(3.4)

Полная масса поковки:

Мпок=Мн.пок+Мнап=129137+2694=131831 кг

Выбираем полый прошивень D=630 мм.

Приближенный коэффициент выхода годного

Для выбора массы слитка необходимо учесть отходы, связанные со слитком (литник, донная часть) и окислением при нагреве (угар). Эти отходы можно учесть приближенным коэффициентом выхода годного:

(3.5)

Кв.г.1 = = 0,88,

По коэффициенту выхода годного можно определить ориентировочную массу слитка:

(3.6)

Мсл.1 = =154084кг.

В качестве заготовки принят бесприбыльный слиток, применяемый к технологиям изготовления полых поковок.

Слиток сконструирован с таким расчётом, чтобы усадочная раковина была сосредоточена в осевой части, имеет минимальное распространение по радиусу, и удаляется при прошивке пустотелым прошивнем.

Рисунок 3.5-Эскиз слитка

Определяем ориентировочную длину биллета Lбил.о

(3.6)

где dт.с,Dт.с,Lт.с - основные размеры тела слитка, мм.

По размерам заготовки через уков определяем ориентировочный диаметр осаженной заготовки:

(3.7)

Из закона постоянства объёмов по известным размерам обкатного слитка (биллета) определяем приближенную высоту осаженной заготовки:

 (3.8)

.

Толщина перемычки (высота выдры)

t=0,1Hо.з 1=

Объём выдры при прошивке пустотелым прошивнем

(3.9)

,

где, Dпр и dпр - наружный и внутренний диаметры полого прошивня, мм.

Масса выдры

(3.10)

Уточнённая масса слитка

(3.11)

По размерам слитка определяются объемы литниковой, донной части тела, тела слитка и их масса:

 (3.12)

(3.13)

(3.14)

(3.15)

(3.16)

(3,17)

Масса слитка:

(3.18)

Масса угара

(3.19)

кг,

Где У% - процент угара.

Выбор слитка заканчивается составлением баланса металла

Таблица 3.4 - баланс металла

Наименование	Масса, кг	%
Слиток	180539	100
Поковка	131831	73
Литниковая часть	6151	3,4
Донная часть	7761	4,2
Угар	5416	2,9
Отходы	8465	4,6
Годный остаток	20915	11,5
Итого	180539	100

Расходные коэффициенты:

-коэффициент использования металла

(3.20)

Коэффициент выхода годного

(3.21)

Коэффициент весовой точности

(3.22)

Разработка режимов нагрева и подогрева заготовки

Для заданной марки стали определяем температурный интервал Tmax=1250 С 0 и Tmin=800С 0.

Уков, который можно обеспечить за один нагрев:

(3.23)

У 1н = =3

Количество нагревов:

(3.24)

nнагр = =1

где Уобщ - Общий уков, заданный в исходных данных.

Общая продолжительность нагревов:

(3.25)

фобщ =1·20· = 76,6 ч

где - коэффициент, зависящий от расположения заготовок на поду печи:

;

К - коэффициент, зависящий от химического состава стали:

К=20 - легированные стали;

Dт.с - максимальный диаметр слитка.

Время выдержки слитка перед нагревом для выравнивания температуры:

(3.26)

фв =76,6 · = 25,2ч

где m - коэффициент, зависящий от химического состава:

m=0,66 - легированные стали

Продолжительность нагрева заготовки до выдержки:

(3.27)

ф2 = = 4,5 ч

где Тmax - Тmin - температурный интервал ковки;

v2 - скорость нагрева заготовки,

Время нагрева после выдержки:

 (3.28)

76,6·0,66 = 50,5 ч

Уков за последующий нагрев:

(3.29)

Уп.н = = 1

Температура подогрева

(3.30)

Продолжительность подогрева заготовки до выдержки:

(3.31)

ф2под = = 1.5 ч

где - температура подогрева недокова

общее время подогрева будет определятся по толщине стенки:

(3.32)



Где Dо.з 1, Dпр - диаметр осаженной заготовки и прошиваемого отверстия, мм.

Режим нагрева слитка и подогрева недокова представлен на рис. 2.4 и 2.5

Рисунок 3.6 - Режим нагрева слитка

Рисунок 3.7 - Режим подогрева

Проэктирование технологических переходов ковки гидровала

Диаметр биллета принимаем Dб=dтс=2300 мм

Длинна тела слитка после обкатки граней:

(3.33)

мм

Длинна блока

(3.34)

мм

Рисунок 3.8 - Эскиз вырубанного блока

Уточненный диаметр осаженной заготовки

(3.35)

мм

где D - диаметр поковки, мм

Уобщ - заданный уков.

Высота осаженной заготовки

(3.36)

мм

Рисунок 3.9 - Эскиз осаженной заготовки

Рисунок 3.10 - Эскиз процесса прошивки заготовки

Прошитая заготовка надевается на коническую оправку. Вырезными бойками производится протяжка до поковочных размеров.



Рисунок 3.11 - Протяжка на больший диаметр

Рисунок 3.12 - Разметка заготовки

Рисунок 3.13 - Протяжка уступа

Рисунок 3.14 - Протяжка уступа



Рисунок 3.15 - Правка поковки

Рисунок 3.16 - Резка поковки в размеры

После процесса протяжки на оправке поковка отправляется на термическую обработку.

Выбор оборудования

(3.37)

где Dо.з,Но.з- диаметр и высота осаживаемой заготовки, мм;

Fо.з - площадь поперечного сечения осаженной заготовки, мм 3;

- коэффициент масштабного фактора ;

Qs - сопротивление деформированию для данной стали, МПа

Qs= 35,36

 (3.38)

МН

Выбираем гидравлический пресс усилием Рпресса=150 МН

Окончательная термообработка

После ковки поковки гидровал попадает на термический участок, где производится первичная термическая обработка. Поковка изготовлена из стали 20ГС и подвергается изотермическому отжигу. Режим отжига показан на рисунке 3.17

Рисунок 3.17 Изотермический отжиг поковки гидровал

Составление чертежа поковки типа "Плита"

Таблица 3.5-Исходные данные

№	Ширина Вд, мм	Высота Нд, мм	Длинна Lд, мм	Материал	Годовой выпуск, шт
1	2500	300	1500	Сталь 40	24
2	1800		2500

Технология ковки плиты зависит от оборудования, на котором будет изготавливаться поковка (молот или гидравлический пресс). Вид оборудования зависит от массы детали, кг:

Масса и объём детали рассчитывается программой "Компас":

Рисунок 3.18 - Массово объёмная характеристика детали

Мд=19354 кг

Vд=2475000000 мм ³

Рисунок 3.19 - Эскиз детали

Допуски и припуски назначаются по таблице 3 ГОСТ 1062 - 90 в зависимости от длинны детали и ширине или высоты. В ГОСТ 7062 - 90 приведены только припуски и допуски на ширину и высоту. На длину они рассчитываются как соответствующий припуск и допуск на ширину, увеличенный в 3и раза:

(3.39)

(3.40)

.

где , - припуск на длину и ширину поковки соответственно;

- допуск на длину и ширину поковки, мм.

;

(3.41)

(3.42)

(3.43)

мм;

;

Таблица 3.6 - Свободная таблица размеров поковки

Параметр	Размеры детали, мм	Припуск на размеры , мм	Поковочные размеры, мм	Допуск на размеры, мм	Горячие размеры поковки, мм
В 1	2500	45	2545	14	2583
В 2	1800	45	1845	14	1872
Н	300	28	328	8	332
L1	1500	67	1567	42	1590
L2	4000	135	4135	42	4197

Длина скосов на рубку

(3.44)

Длина концевой сферы

(3.45)

Рисунок 3.20 - Эскиз поковки

Составление чертежа горячей поковки сводится к пересчёту размеров поковки с учетом коэффициента линейного расширения, который в среднем для сталей составляет: . Поэтому увеличиваем все размеры на коэффициент:

, (3.46)

, (3.47)

, (3.48)

где В,L,Н - ширина, длинна и высота, мм;

Вг,Lг,Нг - горячие размеры поковки, мм.

Определение массы и размеров слитка

Объём и массу поковки рассчитываем в программе "Компас":

Рисунок 3.21 - Массово объёмная характеристика поковки

Vн.пок=2862119800 мм ³

Mн.пок=22381 кг

Объём скоса после рубки

 (3.49)

где В,Н - ширина и высота поковки, мм;

.

Суммарный объем поковки:

(3.50)

.

Общая масса поковки:

. (3.51)

.

Объем концевой сферы:

(3.52)

мм ³ .

Уточненная средняя длинна этих отходов:

(3.53)

мм.

Масса отхода с учетом скоса на рубку на концевой сфере:

(3.54)

кг.

Коэффициент выхода годного:

(3.55)

где Д - процент донной части слитка (1…3%)

У - угар, принимается от 2 до 5%.

Ориентировочная масса слитка:

(3.56)

кг.

Рисунок 3.22 - Эскиз слитка

В программе "Компас определяем объем и массу донной части и тела слитка:

Vтс= 3889959227 мм ³

Мтс=30419 кг

Vпч= 984236497мм ³

Мпч=7697 кг

Vдч= 284936130 мм ³

Донная часть слитка для удобства рубки и удаления донных дефектов удаляется с частью тела слитка (венчиком), длина которого:

Lв=0,05dт.с (3.57)

Lв=0,051290=64,5 мм,

поэтому полная масса донной части:

(3.58)

Масса слитка

Мсл=Мт.с+Мпч+Мдч (3.59)

Мсл=30419+7697+=40995,7 кг

Масса угара определяется как:

(3.60)

кг

Таблица 3.7 - Баланс металла

Наименование	Масса, кг	%
Слиток	40995	100,0
Поковка		54,81
Прибыльная часть	7697	18,7
Донная часть		7,024
Угар	1230	3
Отходы		11,27
Годный остаток	2096	5,196
Итого	40995	100

Расходные коэффициенты:

- коэффициент использования металла

(3.61)

- коэффициент выхода годоного:

(3.62)

- коэффициент весовой точности:

(3.63)

Разработка режимов нагрева и подогрева заготовки

Температурный интервал: Тmax=12300С и Тmin=8300C.

Уков, который можно обеспечивать за один нагрев,

 (3.64)

где Тmaх, Тmin - Температурный интервал, при которой сталь имеет максимальную пластичность и минимальное сопротивление деформации.

.

Количество нагревов:

(3.65)

где Уобщ - общий уков

Общая продолжительность нагрева

(3.66)

где - коэффициент, зависяший от расположения заготовок на поду печи,

К - коэффициент, зависящий от химического состава стали:

К= 10

Dт.с. - максимальный диаметр слитка, мм.

ч.

Время выдержки до нагрева для выравнивания температуры

(3.67)

где m - коэффициент, зависящий от химического состава,

m=0,5

ч.

Продолжительность нагрева заготовки до выдержки

(3.68)

где Тmах, Тmin - температурный интервал ковки

v2 - скорость нагрева заготовки, 0С/ч

v2=720С/ч

Время нагрева после выдержки

(3.69)

ч.

Температура подогрева

(3.70)

где Уп.н - уков за последний нагрев

⁰С

Продолжительность подогрева заготовки до выдержки:

(3.71)

ч.

Рисунок 3.23 - режим нагрева горячего слитка

Рисунок 3.24 - Режим подогрева

Проектирование технологических переходов ковки

Диаметр цапфы слитка

(3.72)

где Dб - диаметр сбиллетированного слитка,

Dб=dт.с = 1290 мм

Длина цапфы после оттяжки цапфы из донной части слитка

(3.73)

При оттяжке цапфы, длина Lц.0 намного больше не диаметра, поэтому ее рубят до длины

Lц=1,5 dц (3.74)

мм

Длинна излишка цапфы

(3.75)

мм

Длинна тела слитка после обкатки граней на Dб и устранения конусности равна:

(3.76)

 мм.

(3.77)

мм

(3.78)

мм

Рисунок 3.25 - Эскиз обкатанного слитка

Площадь поперечного сечения обкатанного слитка и поковки

(3.79)

мм ²

Площадь поперечного сечения поковки:

(3.80)

мм ²

Диаметр осаженной заготовки:

(3.81)

Высота осаженной заготовки:

(3.82)

Уков при осадке:

(3.83)

.

Рисунок 3.26 - Эскиз заготовки после осадки



Рисунок 3.27 - Эскизы переходов после протяжки

Рисунок 3.28 - Поковка и рубка поковки в размеры

Выбор оборудования

Технология ковки плиты предусматривает применение самой энергоёмкой операции - осадки, поэтому гидравлический пресс выбираем по усилию осадки.

 (3.84)

где Dо.з,Но.з- диаметр и высота осаживаемой заготовки, мм;

Fо.з - площадь поперечного сечения осаженной заготовки, мм 3;

- коэффициент масштабного фактора ;

Qs - сопротивление деформированию для данной стали, МПа

Qs= 35

(3.85)

МН

По расчётному значению усилия из стандартного ряда выбираем ближайший гидравлический пресс Рпресса=63МН

Режим окончательной термообработки

После ковки поковки плита попадает на термический участок, где производится первичная термическая обработка. Поковка изготовлена из стали 40 и подвергается отжигу. Режим отжига показан на рисунке

Рисунок 3.29 - Изотермический отжиг поковки плита

Составление чертежа поковки "Диск"

Технология ковки вала зависит от оборудования, на котором будет изготавливаться поковка (молот или гидравлический пресс). Вид оборудования зависит от массы детали, кг:

Рисунок 3.30 - Эскиз детали

Расчет массы и объёма детали произведен в программе "Компас"

Рисунок 3.31 - Массово объемные характеристики детали "Кольцо"

Масса детали:

Мд=45731 кг

Объём детали

Vд=5848074842 мм

Таблица 3.8- Исходные данные

Уков Уобщ	Диаметр d, мм	Диаметр dотв, мм	Высота h,мм	Сталь
3,8	2500	600	1400	45

Таблица 3.9 - Таблица свободных размеров поковки

Параметр	Размеры детали, мм	Припуск на размеры д, мм	Поковочные размеры, мм	Допуск на размеры ±Д, мм
Высота h	1400	78	1480	29
Диаметр d	2500	78	2580	29
Диаметр dотв	600	33	570	12

Рисунок 3.32 - Эскиз поковки

На необрабатываемые поверхности детали припуск на механическую обработку не назначается, по ГОСТу определяется только допуск. После определения всех размеров поковки их необходимо округлить так, чтобы они заканчивались на 5 или 0. Полученные размеры поковки заносятся в таблицу 3.8

Размеры горячей поковки

(3.86)

(3.87)

(3.88)

мм

мм

Определение массы и размеров слитка

Номинальные объем и масса поковки рассчитываются в программе "Компас"

Рисунок 3.33 - Массово объемные характеристики поковки

Vн.пок=7359667874мм ³

Mн.пок=57552 кг

Масса напусков 2-го рода определяется согласно ГОСТ 7062 - 90:

. .(3.89)

Полная масса поковки:

Мпок=Мн.пок+Мнап=57552+4161=61713 кг

Выбираем полый прошивень D=500 мм.

Приближенный коэффициент выхода годного

Для выбора массы слитка необходимо учесть отходы, связанные со слитком (литник, донная часть) и окислением при нагреве (угар). Эти отходы можно учесть приближенным коэффициентом выхода годного:

(3.90)

Кв.г.1 = = 0,74,

По коэффициенту выхода годного можно определить ориентировочную массу слитка:

(3.91)

Мсл.о= =87565кг.

Определим высоту осаженной заготовки

Hо.з=КуН, (3.92)

Где Ку-коэффициент ушириния, Ку=0,95;

Н - высота поковки, мм.

Hо.з=0,951480=1406 мм

Ориентировочный диаметр осаженной заготовки

 (3.93)

где Мпок - масса поковки, кг;

с - плотность материала, мг/мм ³;

У% - процент угара от массы поковки.

Для прошивки отверстия выбираем стандартный полый прошивень с наружным диаметром Dпр=450мм и внутренним диаметром dпр=225

Толщина перемычки

t1=0,1Но.з (3.94)

t1=0,11406=140,6

(3.95)

мм 3

Масса выдры

(3.96)

кг

Уточненная масса слитка

 (3.97)

кг

В качестве заготовки принят обычный кузнечный слиток, применяемый к технологиям изготовления полых поковок.

Слиток сконструирован с таким расчётом, чтобы усадочная раковина была сосредоточена в осевой части, имеет минимальное распространение по радиусу, и удаляется при прошивке пустотелым прошивнем.

Рисунок 3.34-Эскиз слитка

Объем прибыльной, донной части, тела слитка и их масса рассчитывается при помощи программы "Компас"

Vп.ч=2963414009 мм ³

Vдч=580045449 мм ³

Vт.с=10238035267 мм ³

Мп.ч=23174 кг

Мт.с=80061 кг

Донная часть слитка для удобства рубки и удаления донных дефектов удаляется с частью тела слитка, длина которого:

Lв=0,05dтс (3.98)

Lв=0,051760=88 мм

поэтому полная масса донной части

(3.99)

кг

Масса слитка

Мсл=Мпч+Мтс+Мдч (3.100)

Мсл=23174+80061+6233=109468 кг.

Масса угара определяется как

(3.101)

кг

Рассчитаем расходные коэффициенты:

-коэффициент использования металла

(3.102)

Коэффициент выхода годного

(3.103)



Коэффициент весовой точности

(3.104)

Таблица 3.10 - баланс металла

Наименование	Масса, кг	%
Слиток	109468	100
Поковка	57552	52,5
Прибыльная часть	23174	21,3
Донная часть	6233	5,6
Угар	3284	2,9
Отходы	570	0,5
Годный остаток	18655	17,2
Итого	109468	100

Проэктирование технологических переходов ковки поковки "Кольцо"

Диаметр сбиллетированного слитка принимаем Dб=dтс=1760

Определим длину тела слитка после обкатки граней на Dб

(3.105)

=4084 мм

Определим длину вырубаемого блока

(3.106)

мм

Перед прошивкой заготовки ее осаживают

Определим объем вырубленного блока

(3.107)

Определим диаметр осаженной заготовки

(3.108)

мм

После осадки заготовки производится прошивка отверстия. Прошитая заготовка одевается на оправку, узким бойком производится раскатка до поковочных размеров.

Рисунок 3.35 - Эскиз прошитой заготовки



Рисунок 3.36 - Эскиз процесса раскатки

Выбор оборудования

(3.109)

где Dо.з,Но.з- диаметр и высота осаживаемой заготовки, мм;

Fо.з - площадь поперечного сечения осаженной заготовки, мм 3;

- коэффициент масштабного фактора ;

Qs - сопротивление деформированию для данной стали, МПа

Qs= 23,76

(3.110)

МН

Выбираем гидравлический пресс усилием Рпресса=150 МН

Окончательная термообработка

После ковки поковки диск попадает на термический участок, где производится первичная термическая обработка. Поковка изготовлена из стали 40Х и подвергается изотермическому отжигу. Режим отжига показан на рисунке 3.37

Рисунок 3.37 Изотермический отжиг поковки диск

3.1 Организация рабочего места

В цехах свободной ковки с мелкосерийным выпуском поковок необходимо всемерно развивать специализацию участков и агрегатов на основе группового метода изготовления поковок. В кузнечных цехах необходимо иметь хорошо организованное инструментальное хозяйство с достаточным комплектом бойков, подкладных штампов, колец, вспомогательного инструмента и т.п.

Следует шире применять различные приспособления для облегчения труда кузнецов при выполнении всех операций процесса ковки. На ряде заводов уже разработаны и используются весьма рациональные типы приспособлений. Особое значение приобретает расширение области применения манипуляторов, которые теперь используются не только при ковке заготовок, но и для выполнения целого ряда вспомогательных операций. Опыт показал высокую эффективность использования манипуляторов у молотов с массой падающих частей, начиная от 0,5 т, и прессов усилием от 10 ТС и выше. Следовательно, парк применяемых манипуляторов следует расширять.

Организацию рабочих мест, их оснащение, применительно к основным типам производства поковок следует отработать и создать оптимальные, отражающих весь комплекс возможных устройств, включая средства охраны труда и особенно мероприятий по технике безопасности. На заводах должны быть организованы смотры-конкурсы по созданию образцовых рабочих мест кузнецов. В целях наибольших успехов подобных конкурсов целесообразно разработать сборники специальных тем, рекомендуемых для рационализаторов производства. Значимость вопроса требует, чтобы эти конкурсы предусматривали возможность материальной заинтересованности его участников.

После окончательного решения вопросов по выбору типа и мощности ковочного оборудования, способов нагрева, видов и количества сред механизации и разработки технологии ковки (определении количества кузнечных операций) установить состав рабочей бригады и часовую тарифную ставку по соответствующему разряду.

4. Конструкторская часть

Весь инструмент при проектировании технологического процесса целесообразно разделить на три группы: основной деформирующий, вспомогательный и специальный.

К основному деформирующему инструменту молотовому и прессовому относятся: плоские бойки, применяемые для ковки методом протяжки с прямоугольным и многогранным поперечным сечением; вырезные бойки (радиусные, ромбические) и комбинированные (верхний плоский, нижний - вырезной), применяемые для ковки удлиненных цилиндрических поковок; столы; осадочные плиты; кольца крышки, прошивни для прошивки и для раздачи, оправки для протяжки и раскатки; штампы.

К вспомогательному инструменту относятся топоры, конусные подкладки и др. В технологической карте ковки информация о вспомогательном инструменте, как правило, не приводится, иногда указывается лишь вид инструмента (пережимка, топор и др.).

К специальному инструменту относятся: лопатка для манипулирования заготовкой при ковке кубиков; вилка для манипулирования при ковке дисков; оправка ковочная с устройством для снятия поковки; оправка специальная для получения отверстия сложной формы и др.

4.1 Выбор и проектирование инструмента и оснастки для ковки поковки типа "Гидровал"

К основному инструменту гидропрессов относятся бойки. Для пресса 150 МН будем использовать следующее стандартное и специально спроектированное оборудование.

Для изготовления детали "Гидровал" необходим следующий инструмент:

- верхняя плоская осадочная плита;

Рисунок 4.1 - Эскиз плиты осадочной - прошивень пустотелый стандартный

Рисунок 4.2 -Эскиз прошивня пустотелого - оправка для протяжки стандартная



Рисунок 4.3 - Эскиз оправки для протяжки

Для протяжки поковки на оправке используем вырезные бойки стандартного типа

Рисунок 4.4 - Эскиз бойка вырезного

Также используется дополнительное стандартное оборудование.

В их число входит: пережимка треугольная, топор подвесной.

4.2 Выбор и проектирование инструмента и оснастки для ковки поковки типа "Плита"

К основному инструменту гидропрессов относятся бойки. Для пресса 63 МН будем использовать следующее стандартное и специально спроектированное оборудование.

-Плита поворотная



Рисунок 4.5 - Эскиз плиты поворотной

-Верхний плоский боёк

Рисунок 4.6 - Эскиз верхнего плоского бойка

К вспомогательному оборудованию относится все оставшееся оборудование, которое используется в процессе ковки.

-топор для плоского бойка



Рисунок 4.7 - эскиз топора под плоский боёк

4.3 Средства автоматизации и механизации кузнечных работ

Выбор средств механизации процессов свободной ковки зависит в основном от объема производства, серийности максимального и минимального размера поковок [12, стр 79].

На пресса усилием 150 и 63 МН можно установить следующие средства механизации:

- транспортный кран грузоподъемностью 100/20 т;

- ковочный кран грузоподъемностью 220/50 т;

- ковочный манипулятор грузоподъемностью 60 т;

- манипулятор подачи инструмента грузоподъемностью 1 т;

Для изготовления данной поковки нам понадобятся следующие средства механизации: ковочный кран, ковочный манипулятор и манипулятор подачи инструмента. В общем случае гидропресс усилием 63 МН или 150 МН оборудуется: ковочным манипулятором, одним манипулятором для подачи инструмента, одним ковочным краном, одним вспомогательным краном.

Инструментальный манипулятор

Среди операций, выполняемых при свободной ковке, значительное место занимают рубка, подсечка, пережим заготовок. Вспомогательный технологический инструмент для выполнения этих операций подают в рабочую зону пресса либо вручную (на прессах небольших усилий), либо при помощи монорельса, закрепленного на подвижной траверсе, или напольного криволинейного рычага. Эти устройства, однако, не исключают ручного труда при подаче инструмента под пресс, небезопасны в эксплуатации и требуют значительных затрат вспомогательного времени.

В последнее время зарубежные фирмы оснащают ковочные прессы инструментальными манипуляторами, выполненными в виде напольных колесных машин, снабженных захватным органом, удерживающим инструмент, и механизмом подъема инструмента. Для маневра манипулятора при смене инструмента требуется значительная площадь, что ограничивает его применение в действующих цехах. Оператор, управляющий манипулятором, работает в непосредственной близости от нагретой заготовки.

Инструментальный манипулятор ковочного комплекса конструкции ПО "Уралмаш" снабжен обоймой с шестью инструментальными штангами, занимающими в исходном состоянии вертикальное положение. Механизмы вращения обоймы, подъема инструмента и передвижения манипулятора обеспечивают подачу под пресс любого из шести установленных на манипуляторе инструментов, полностью исключая при этом ручной труд. Время, затрачиваемое на подачу инструмента, сокращается до минимума. Управление всеми механизмами манипулятора дистанционное.

Инструментальный манипулятор включает платформу /, на которой закреплены корпус 2 и цилиндр 9 подъема инструмента. На наружной поверхности цилиндра 9 установлена втулка 8 с зубом 5, занимающим 1/в часть окружности втулки. На втулке размещена обойма, состоящая из фланцев 10, между которыми закреплены направляющие 11с ползунами 13. Ползуны снабжены пазами, посредством которых при вращении обоймы вокруг втулки 8 они соединяются с ее зубом. С ползунами шарнирно связаны инструментальные штанги 7, которые, опираясь на корпус 2, занимают вертикальное положение, при этом одна из шести штанг опирается на ролик 4, установленный на кронштейне в проеме корпуса.

Механизм поворота обоймы состоит из водила 17, в котором смонтированы подпружиненные штыри, взаимодействующие при вращении водила с выступами 16 обоймы. Водило вращается двумя гидроцилиндрами 15. Перемещение манипулятора от пресса и к прессу осуществляется гидроцилиндром 14, смонтированным на платформе /. Управление всеми гидроцилиндрами инструментального манипулятора осуществляется распределителями 12, установленными на платформе. Рабочая жидкость подводится к аппаратам управления от насосно-аккумуляторной станции пресса при помощи телескопического соединения или гидрошарнира.

Технологический инструмент устанавливают в расточки штанг 7. Для предотвращения поломки штанг при нагружении инструмента усилием пресса они снабжены пружинными компенсаторами, размещенными в барабанах 6. Благодаря вертикальному положению штанг манипулятор достаточно компактен и не требует для установки больших площадей. Шести инструментов, установленных в обойме, достаточно для длительной работы манипулятора без его смены.

Манипулятор работает следующим образом. Вращением обоймы требуемый инструмент устанавливается по оси пресса. При этом соответствующий ползун входит в зацепление с зубом 5 втулки 8, а связанная с ним штанга устанавливается с опорой на ролик 4. Ходом штока цилиндра 9 поднимается втулка 8 и соединенный с ней ползун. При этом штанга, обкатываясь по ролику 4, переходит из вертикального положения в горизонтальное, фиксируется в этом положении на ползуне упором 3 и поднимается на заданную высоту. После этого манипулятор перемещается к прессу и инструмент устанавливается под верхним бойком. Для синхронного перемещения инструмента / и втулки 2 на траверсе пресса закреплен кронштейн 3 с винтом 4, который регулируется по высоте электроприводом 5. При ходе траверсы пресса вниз боек и винт одновременно нажимают соответственно на инструмент и торец штока, обеспечивая их синхронное перемещение.

После выполнения операции инструмент возвращается в исходное положение.

Рисунок 4.8-Инструментальный манипулятор

Устройство манипулятора ковочного комплекса АКК-32000

Требования к манипуляторам, предназначенным для работы в составе ковочного комплекса, многообразны. Манипулятор должен обеспечить подачу, поворот заготовки, вертикальные и боковые ее перемещения. При этом движения осуществляются синхронно с прессом и с необходимой точностью. Манипулятор должен производить как прерывистые с точной отработкой, так и непрерывные движения с принудительными задержками. Скоростные характеристики должны быть весьма высокими, так как от этого в значительной мере зависит темп ковки. Наиболее пригодным для машины такого типа оказался гидравлический привод.

Внедрение современного гидравлического манипулятора привело к коренным изменениям технологии ковки. Первые манипуляторы имели малую грузоподъемность, были полуавтономными, для управления их работой требовался оператор. Для перемещения манипулятора в зависимости от его грузоподъемности выбираются различные способы движения. Для малых манипуляторов с грузоподъемностью до 3 т продольное перемещение осуществляется так, что весь манипулятор перемещается с поковкой как единое целое. Для манипуляторов с большей грузоподъемностью применяется "разделение масс", т. е. используются конструкции с двойным движением хобота относительно тележки. Манипулятор грузоподъемностью 120 т ковочного комплекса АКК-3200 (рис. 4.9) состоит из двух основных узлов с автономным гидравлическим приводом от гидростанции, расположенной в тележке манипулятора: /. Узел хобота. 2. Узел тележки.

Рисунок 4.9-Манипулятор грузоподъемностью 120 тонн

Манипулятор может выполнять плоскопараллельные перемещения в вертикальной плоскости; восстановление заданной высоты; перемещение тележки манипулятора; откат; боковой сдвиг; наклон в вертикальной плоскости; вращение; зажим.

Манипулятор (рис.4.9) состоит из узла хобота 13, смонтированного на сварном шасси на шести колесах 14, перемещающихся по напольным рельсам 15. Узел хобота составлен из самого хобота, внутренней рамы узла, наружной рамы узла, подвешенных внутри шасси на серьгах 10, соединяющихся с передним 8 и задним 5 валами, вращающимися в бронзовых подшипниках скольжения, установленных в боковых рамах шасси. Валы приводятся во вращение гидроцилиндрами плоскопараллельного подъема 11, расположенными с каждой стороны шасси и соединяющимися с валами посредством рычагов 9, неподвижно закрепленных на валах. Рычаги переднего 8 и заднего 5 валов соединяются двумя горизонтально установленными цилиндрами наклона хобота 6 в вертикальной плоскости, образуя систему в форме параллелограмма.

Слиток зажимается двумя захватами 12, расположенными в захватной головке хобота 13. Причем зажим производится одновременным поворотом рычагов захвата тягой, проходящей через пустотелый хобот и приводимой гидроцилиндром зажима 4, расположенным на заднем конце хобота. Жидкость в цилиндр проходит через вращающиеся соединения. Во избежание повреждения тонких кольцевых поковок захватная головка и захваты обеспечивают две ступени усилия зажима путем соответствующей настройки на пульте управления.

Хобот вращается в опорах с роликовыми подшипниками, расположенных во внутренней раме узла хобота у переднего и заднего его концов. Осевые и радиальные нагрузки передаются на наружную раму хобота. Привод вращения хобота осуществляется от гидродвигателей 7, приводящих во вращение шестерни, зацепляющиеся с прямозубым венцом хобота. Двигатели и редукторы расположены во внутренней раме узла хобота. Внутренняя рама может перемещаться в поперечном направлении внутри наружной рамы при боковом сдвиге и повороте хобота в горизонтальной плоскости.

Между наружной рамой хобота и шасси расположены цилиндры отката хобота 3. Тележка манипулятора перемещается по рельсам от зубчато-реечного привода 17 с напольными рейками 18.

Автоматическая установка высоты осуществляется с помощью гидроцилиндров восстановления высоты 16. Во время ковки цилиндры восстановления высоты позволяют хоботу сместиться вниз, предотвращая изгиб поковки. При смещении хобота вниз во время ковки жидкость, вытесняемая из цилиндров подъема, собирается под давлением в цилиндрах восстановления высоты хобота, являющихся аккумуляторами давления. При отводе поперечины пресса вверх жидкость переходит обратно из цилиндров восстановления в цилиндры подъема. Хобот при этом перемещается вверх на высоту, пропорциональную объему жидкости, вытесненной из цилиндров подъема при ковке, обеспечивая манипулирование поковкой между бойками пресса.

Жидкость в гидросистему нагнетается из гидростанции 1, расположенной сзади манипулятора с возможностью доступа краном.

Перемещение манипулятора и вращение хобота осуществляется е помощью гидронасосов 2.

Все эти средства механизации будут использоваться для вынимания слитков из печи, транспортировки слитков от печи к прессу, удерживания слитка во время деформирования. В последнее время кузнечные цеха крупных заводов оборудуется автоматизированными ковочными комплексами.

5. Охрана труда и безопасность при чрезвычайных ситуациях

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

Рассмотрим условия труда при эксплуатации ковочного пресса. При работе на ковочном прессе возникает целый ряд производственных факторов.

В соответствии с ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ "Опасные и вредные производственные факторы. Классификация" все производственные факторы подразделяются на опасные и вредные факторы. Опасные и вредные производственные факторы подразделяются на 4 группы: физические, химические, биологические и психофизиологические.

К опасным физическим производственным факторам в КПЦ относятся:

- Движущиеся машины и механизмы; подвижные Части оборудования (Ползуны, шпиндели, муфты состояний, Открытые кривошипно-шатунные механизмы); изделия, что передвигаются, заготовки, материалы;

- Осколки металла, отлетающая окалина;

- Нагретые поверхности оборудования, заготовок;

- Высокое напряжение в силовой электрической сети и статическое электричество;

- Острые кромки заготовок, инструментов и оборудования;

- Подъемно - транспортные устройства и перемещаемые грузы;

К вредным физическим производственным факторам относят:

- Повышенный уровень шума и вибрации;- повышенную запыленность воздуха;

- повышенную температуру воздуха рабочей зоны;

- повышенную влажность воздуха;

- повышенную подвижность воздуха;

- недостаточная освещенность рабочей зоны.

Химические опасные и вредные производственные факторы подразделяются:

- по характеру действия на организм человека: токсичные; раздражающие; сенсибилизирующие; канцерогенные; мутагенные; влияющие на репродуктивную функцию;

- по пути проникновения в организм человека через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт; кожные покровы и слизистые оболочки.

При работе в кузнечно-прессовых цехах наиболее вероятное проникновение в организм веществ в виде паров и пыли через органы дыхания (около 95 % всех отравлений).

Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы по характеру действия подразделяются на следующие:

- физические перегрузки (статические и динамические);

- нервно - психические перегрузки (умственное перенапряжение)

В кузнечно-прессовых цехах существует опасность поражения электрическим током, поскольку применяется огро...