Енергосилові параметрі в процесах обробки металів тиском

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО OСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

Факультет матеріалознавства і обробки металів

Кафедра обробки металів тиском ім. ак. О. П. Чекмарьова

Курсова робота

по дисципліні: «Теоретичні основи процесів за фахом»

Виконав

студент гр. МЕ07-13-1 Кордін Д.В.

Дніпропетровськ 2016

Реферат

Мета роботи: були розроблені розрахунки з метою поліпшення продуктивності станів, покращити якість продукції, при цьому досягнути найменші затрати.

Метод дослідження: ми розраховували енергосилові параметри в процесах обробки металів тиском - прокатка на сортових станах, холодна прокатка штаби, поперечно-гвинтова прокатка (прошивка) заготовки, волочіння, ковальська операція "Протяжка", об'ємне штампування в закритому штампі.

У курсовій роботі розглянуто розрахунки енергосилових параметрів в процесах обробки металів тиском і виконані наступні розрахунки:

- Розрахунок енергосилових параметрів прокатки на сортових станах;

- Розрахунок енергосилових параметрів холодної прокатки штаби;

- Розрахунок енергосилових параметрів процесу поперечно-гвинтової прокатки (прошивки) заготовок;

- Розрахунок енергосилових параметрів при волочінні;

- Розрахунок енергосилових параметрів при виконанні ковальської операції «Протяжка»;

-Розрахунок енергосилових параметрів при об'ємному штампуванні в закритому штампі

Ключові слова: прокатка, обтискний стан, квадратний калібр, гаряча прокатка, тонка штаба, прошивка, оправка, волочіння, кування, штампування.

Вступ

Обробка металів тиском - технологічний процес отримання заготовок або деталей в результаті силового впливу інструмента на оброблюваний матеріал. Розрізняють наступні основні способи обробки металів тиском: прокатка, волочіння, пресування, вільне кування, штампування.

Процеси обробки металів тиском за призначенням підрозділяють на два види:

- для отримання заготовок постійного поперечного перерізу по довжині (прутків, дроту, стрічок, листів), що застосовуються в будівельних конструкціях або в якості заготовок для подальшого виготовлення з них деталей

- тільки обробкою різанням або з використанням попереднього пластичного формозміни, основними різновидами таких процесів є прокатка, пресування і волочіння;

- для отримання деталей або заготовок (напівфабрикатів), що мають приблизно форми і розміри готових деталей і вимагають обробки різанням лише для додання їм остаточних розмірів і отримання поверхні заданої якості; основними різновидами таких процесів є кування і штампування.

Прокатка - процес пластичного деформування тіл на прокатному стані між обертовими привідними валками (частина валків може бути не приводними). Слова "приводними валками" означають, що енергія, необхідна для здійснення деформації, передається через валки, з'єднані з двигуном прокатного стану. Прокатка відноситься до числа основних способів обробки металів тиском. Прокаткою отримують вироби (прокат) різноманітної форми та розмірів. Як і будь-який інший спосіб обробки металів тиском прокатка служить не тільки для отримання потрібної форми вироби, а й для формування у нього певної структури і властивостей.

Поздовжня прокатка

Спосіб поздовжньої прокатки є найбільш поширеним. При поздовжньої прокатці смуга підводиться до валянням, що обертається в різні боки, і втягується в зазор між ними за рахунок сил тертя на контактній поверхні. Смуга обжимається по висоті і приймає форму зазору (калібру) між валками. При цьому способі прокатки смуга переміщається тільки вперед, тобто здійснює тільки поступальний рух. Залежно від калібрування валків форма поперечного та поздовжнього перетину прокату може бути різною. Таким способом одержують листи, плити, стрічку, фольгу, сортовий прокат, періодичні профілі, гнуті профілі та ін.

Поперечна прокатка

При поперечної прокатці обробляється тіло (циліндричної форми) поміщається в зазор між двома валками, що обертаються в одну сторону і отримує обертальний рух за рахунок сил тертя на контактній поверхні. Деформація тіла відбувається при зустрічному зближенні валків. У поздовжньому напрямку обробляється тіло не переміщається (якщо немає спеціальних тягнуть пристроїв). Поперечна прокатка використовується для виготовлення валів, осей, втулок і інших тіл обертання.

Поперечно-гвинтова прокатка

Поперечно-гвинтова прокатка займає проміжне положення між поздовжньої і поперечної. Цей спосіб широко використовується для отримання порожнистих трубних заготовок (гільз). Обробляється тіло (циліндричної форми) проходячи між валками, обертається і одночасно робить поступальний рух, тобто кожна точка тіла (за винятком розташованих на його осі) рухається по гвинтовій траєкторії.

Волочіння металу застосовують при виготовленні виробів малих перетинів і разом з тим великої довжини - дроту, прутків, труб. Загострений кінець прутка проштовхується через конічний отвір інструменту (волоки), захоплюється на виході з волоки кліщами або намотується на барабан, і під дією прикладеного зусилля простягається через волоку зі зменшенням площі поперечного перерізу і відповідним подовженням. Волочіння дозволяє отримувати вироби з точними розмірами і гарною якістю поверхні.

Кування - спосіб, або технологічний процес, обробки металів тиском, місцевого прикладання деформуючих навантажень з використанням універсального підкладного інструменту (молот, прес) або бойків, якщо деформація нагрітого металу в певних напрямках не обмежується робочою поверхнею інструменту. Вироби кування називаються поковками.

У даній курсовій роботі ми розглянули 2 види кування:

-ковальська «протяжка»;

-об`ємне штампування в закритому штампі.

Протяжка (витяжка) - операція, в процесі якої довжина заготовки збільшується за рахунок зменшення її поперечних розмірів при послідовних по довжині натисненнях бойками. Застосовують плоскі, вирізані і закруглені бойки. Заготівля обжимається по ділянках і переміщається (подається) в осьовому напрямку з поворотами навколо осі. Два послідовних обтиску з поворотом (кантуванням) на 90 називають переходом. Раціонально вести процес протягання з невеликою подачею, оскільки із зменшенням подачі відповідно до закону найменшого опору зменшується поширення. У цьому випадку збільшується число обтиснень, необхідних для деформації заготовки, отже, знижується продуктивність процесу.

Під об'ємним штампуванням розуміють процес, при якому метал заготовки деформується зі зміною всіх розмірів заготовки, приймаючи форму робочої поверхні спеціального інструменту - штампу. При цьому форма і розміри робочої порожнини (струмка) штампу повністю визначають конфігурацію виготовлюваної поковки. Штампи по конструкції можуть бути однорівчаковими - для деталей простої форми, і багаторівчаковими - для складних. Розрізняють об'ємне штампування у відкритих і закритих штампах. Гаряче об'ємне штампування виконують на штампувальних молотах, пресах, горизонтально-кувальних машинах і спеціальних машинах вузького призначення, до яких належать ротаційно-кувальні машини, кувальні вальці, горизонтально-згинальні машини та ін. Технологічна підготовка виробництва штампованих поковок включає такі етапи: складання креслення поковки, розробку технологічного процесу, конструювання і виготовлення штампа. Технологічний процес об'ємного штампування складається з таких операцій: виготовлення вихідних заготовок, нагрівання заготовок, штампування поковок, обрізування облою, обробка поковок.

енергосиловий прокатка штамп волочіння

1. Розрахунок енергосилових параметрів на сортових станах

При прокатці в калібрах для розрахунку показників деформації фасонний профіль заміняють приведеною штабою. Приведена штаба має прямокутну форму, площа її поперечного перерізу і ширина дорівнюють відповідно площі поперечного перерізу і ширині фасонного профілю.

Розглянемо послідовність розрахунку енергосилових параметрів на прикладі прокатки овальної штаби в квадратному калібрі (рис 1.)

Рисунок 1. - Схема калібру типу «Овал-квадрат»

Вихідні дані для розрахунку:

- Розміри овальної штаби: С = 39

- Радіус закруглення вершини квадрату:r = 2,5 мм

- Діаметр валків по буртах:

- Зазор між буртами валків:

- Марка сталі: Сталь 20

- Базисне значення напруги текучості для сталі 45:

Розрахунок

1. Площа поперечного перерізу овальної штаби:

(1.1)

2. Висота приведеної штаби до прокатки:

(1.2)

3. Висота та ширина квадратної штаби з урахуванням закруглення вершини калібру:

(1.3)

4. Площа поперечного перерізу квадратного профілю:

(1.4)

5. Висота приведеної штаби після прокатки:

(1.5)

6. Середній абсолютний обтиск:

(1.6)

7. Середній відносний обтиск:

 (1.7)

8. Середній катаючий діаметр та радіус валків:

(1.8)

( 1.9)

9. Середня довжина зони деформації:

мм (1.10)

10. Середній кут захвату:

(1.11)

11. Середня колова швидкість:

(1.12)

12. Коефіцієнт тертя:

(1.13)

13. Середнє значення нейтрального кута:

(1.14)

14. Середнє значення випередження при прокатці:

(1.15)

15. Середня швидкість штаби при виході з валків:

(1.16)

16. Середня швидкість деформації:

(1.17)

17. Термомеханічні коефіцієнти:

(1.18)

18. Напруга текучості:

 (1.19)

19. Фактор форми зони деформації:

(1.20)

20. Коефіцієнт напруженого стану при прокатці в калібрі:

(1.21)

21. Середній контактний тиск при прокатці в квадратному калібрі:

МПа (1.22)

22. Площа контактної поверхні:

(1.23)

23. Сила прокатки:

(1.24)

24. Коефіцієнт плеча моменту:

(1.25)

25. Момент прокатки:

(1.26)

26. Потужність прокатки:

(1.27)

2. Розрахунок енергосилових параметрів при холодній прокатці тонкої штаби

Послідовність розглянемо на прикладі однієї із клітей безперервного стану 1700.

Вихідні дані:

- Розміри штаби:

- Ширина штаби:

- Попередній відносний обтиск:

- Питомий попередній та задній натяг: ;

- Діаметр робочих валків:

- Швидкість прокатки:

- Марка сталі: 20

- Шорсткість поверхні валків:

- Коефіцієнт, який враховує вид мастила:

- В'язкість масла:

Розрахунок

1. Абсолютний тиск:

 (2.1)

2. Ступінь деформації:

(2.2)

3. Сумарний відносний обтиск:

(2.3)

4. Довжина зони деформації:

(2.4)

мм

5. Кут захвату:

(2.5)

6. Середнє значення напруження текучості матеріалу штаби.

Напруження текучості стали 20 визначається за емпіричною формулою:

(2.6)

Напруження текучості на вході в зону деформації:

(2.7)

Напруження текучості на виході з зони деформації:

(2.8)

Середнє значення напруження текучості:

(2.9)

7. Коефіцієнт тертя при прокатці f.

Розрахунок виконується за формулою:

(2.10)

де V_в - швидкість обертання валків, м/с.

Приймаємо припущення, що швидкість обертання валків дорівнює швидкості прокатки.

(2.11)

8. Середня товщина штаби:

(2.12)

9. Середній контактний тиск:

(2.13)

10. Визначимо довжину зони деформації з урахуванням сплющування валків:

де довжина частини дуги контакту, що знаходиться за лінією, яка з'єднує центри валків. За рекомендацією О.І.Целікова та О.І.Гришкова с =1,2...1,5. У розрахунку приймаємо с = 1,375.

Для сталевих валків

Одержуємо

(2.14)

Визначаємо точність обчислення довжини зони деформації:

(2.15)

Так як перевищує задовільну точність обчислень 0,05, уточнюємо значення середнього контактного тиску та повторюємо розрахунок довжини зони деформації з урахуванням сплющування.

Середній контактний тиск з урахуванням сплющування:

(2.16)

12. Визначимо довжину зони деформації після уточнення значення середнього тиску

(2.17)

Визначаємо точність обчислення довжини зони деформації з урахуванням сплющування:

(2.18)

Так як не перевищує задовільну точність обчислень 0,05, то остаточно приймаємо довжину осередку деформації рівною 9.899 мм.

13. Розраховуємо значення середнього контактного тиску:

(2.19)

14. Середній контактний тиск з урахуванням натяжіння:

(2.20)

15. Сила прокатки:

(2.21)

16. Величина нейтрального кута з урахуванням натяжіння:

(2.22)

17. Випередження при прокатці:

(2.23)

18. Колова швидкість валків:

(2.24)

19. Коефіцієнт плеча моменту:

(2.25)

20. Крутний момент прокатки:

(2.26)

21. Потужність прокатки:

(2.27)

3. Розрахунок енергосилових параметрів процесу поперечно-гвинтової прокатки (прошивки) заготовки

Схема процесу прошивки зображена на рис 2

Рисунок 2 - Схема процесу прошивки

Вихідні дані:

- діаметр валків в пережимі: D_п=1150 мм

- діаметр заготовки: d_з=140 мм

- діаметр гільзи: d_г=142 мм

- товщина стінки гільзи: S_г=15 мм

- кути вхідного та вихідного конусів (з урахуванням перекосу валків на кут подачі): ц₁=3,5° ц₂=4,0°

- кут подачі: б=9,5°

- частота обертання валків: n=95 об/хв

- обтиск перед носком оправки:е₀=6 %

- коефіцієнт тертя на валку: f_в=0,35

- коефіцієнт тертя на лінійці: f_л=0,25

- температура прошивки: t =1250 °С

- марка сталі: 12Х1М1Ф

Розрахунок

Настроювання стана

1. Розкатка гільзи по діаметру:

(3.1)

2. Діаметр оправки:

(3.2)

3. Довжина оправки:

(3.3)

4.Відстань між валками :

(3.4)

5.Висування носка оправки за пережим:

(3.5)

6.Обтиск в пережимі:

(3.6)

7. Відстань між лінійками:

(3.7)

8. Коефіцієнт овальності :

(3.8)

9. Коефіцієнт витяжки

(3.9)

10. Середній діаметр заготовки :

(3.10)

11. Середній діаметр валка

(3.11)

Контактна поверхня метала в валках

1. Довжина контактної поверхні:

· Довжина в конусі прошивки:

(3.12)

· Довжина в конусі розкатки:

(3.13)

2. Коефіцієнт осьової швидкості

(3.14)

3. Коефіцієнт тангенціальної швидкості:

(3.15)

4. Ширина контактної поверхні:

 (3.16)

5.Площа контактної поверхні:

В конусі прошивки:

(3.17)

В конусі розкатки:

(3.18)

6. Середня ширина контактної поверхні:

(3.19)

Енергосилові параметри прошивки

1. Швидкість деформації:

(3.20)

де б_min - мінімальний кут подачі на прошивному стані, б_min = 8,0°

2.Термомеханічні коефіцієнти:



(3.21)

3. Межа текучості:

(3.22)

де у_T0 - базисне значення межі текучості сталі (у_T0 = 105,95 Н/мм²)

4. Середній контактний тиск в конусі прошивки:

(3.23)

5. Середній контактний тиск в конусі розкатки:

(3.24)

6. Сила, що діє на валок:

(3.25)

7. Осьова сила, що діє на оправку:

(3.26)

8. Сила, що діє на лінійку:

(3.27)

9. Тангенціальна сила

(3.28)

10. Момент прокатки:

(3.29)

11. Потужність прокатки:

33,16 кВт (3.30)

12. Швидкість прошивки:

 (3.31)

13. Питомі витрати енергії на 1 м гільз:

(3.32)

14.Питомі витрати енергії на 1 т гільз:

при масі 1 м гільз:

(3.33)

4. Розрахунок енергосилових параметрів при волочінні

Розрахунок енергосилових параметрів розглянемо для випадків безоправочного волочіння труб та волочіння труб на короткій оправці. Схема процесу волочіння представлена на рис 1.3

Рисунок 1.3 - Схема процесу волочіння без оправки (а) та на короткій оправці (б).

Вихідні дані:

- діаметр заготовки, D₀ = 27 мм

- товщина стінки заготовки, S₀ = 1,5 мм

- діаметр труби, D_T = 22 мм

- коефіцієнт тертя, f = 0,04

- кут волоки, б_в = 10є

- марка сталі 12Х1М1Ф

Розрахунок (безоправочне волочіння).

1. Величина обтиску по діаметру:

(4.1)

2. Кут тертя:

(4.2)

3. Ширина калібруючого паска при волоки:

(4.3)

4. Зміна товщина стінки після безоправочного волочіння:

(4.4)

5. Товщина стінки після безоправочного волочіння:

(4.5)

6. Площа поперечного перерізу заготовки:

(4.6)

7. Площа поперечного перерізу готової труби:

(4.7)

8. Коефіцієнт витяжки:

(4.8)

9. Величина деформації:

(4.9)

10. Напруження текучості після безоправочного волочіння:

Для холодної деформації зміна механічних властивостей визначається залежністю (де - базове значення межі текучості при кімнатній температурі, для сталі 12Х1М1Ф = 470 МПа; а, m - емпіричні коефіцієнти; для сталі 3 а = 2,3; m = 0,72).

(4.10)

11. Середнє значення напруження текучості:

(4.11)

12. Напруження на межі пружної зони:

(4.12)

13. Приведений кут волоки:

(4.13)

14. Приведений коефіцієнт:

(4.14)

15. Напруження волочіння (за методикою І. Л. Перліна):

(4.15)

16. Сила волочіння:

(4.16)

Розрахунок (волочіння на короткій оправці).

1. Величина обтиску по діаметру:

(4.17)

2. Кут тертя:

(4.18)

3. Ширина калібруючого паска при волоки:

(4.19)

Товщину стінки готової труби визначити виходячи з наступного:

- максимальний коефіцієнт витяжки при короткооправочному волочінні знаходиться у межах

- деформація по стінці не повинна перевищувати 50%.

- Отриманий результат товщини стінки округлити з точністю до сотих в більшу сторону, результат повинен бути кратним 5.

4. Коефіцієнт витяжки:

Приймаємо коефіцієнт витяжки

5. Товщина стінки після короткооправочного волочіння:

З виразу товщина стінки готової труби буде дорівнювати

(4.20)

Приймаємо мм.

6. Площа поперечного перерізу заготовки

(4.21)

7. Площа поперечного перерізу готової труби:

(4.22)

8. Коефіцієнт витяжки:

(4.23)

9. Величина деформації:

(4.24)

10. Величина обтиску по діаметру при вільному редукуванні:

(4.25)

11. Зміна товщина стінки при волочінні в зоні редукування:

(4.26)

12. Товщина стінки після редагування:

(4.27)

13. Площа поперечного перерізу труби після редукування:

(4.28)

14. Коефіцієнт витяжки при редукуванні:

(4.29)

15. Величина деформації:

(4.30)

16. Напруження текучості після редукування при волочінні:

(4.31)

17. Середнє значення напруження текучості після редукування при волочінні:

(4.32)

18. Напруження на межі пружної зони:

(4.33)

19. Приведений коефіцієнт:

(4.34)

20. Діаметр після редукування при волочінні:

(4.35)

21. Приведений кут волоки:

(4.36)

22. Приведений коефіцієнт:

(4.37)

23. Напруження волочіння при редукуванні (методика І.Л. Перліна):

(4.38)

24. Напруження текучості після короткооправочного волочіння:

(4.39)

25. Середнє значення напруження текучості при волочінні:

(4.40)

26. Середнє значення товщини стінки при оправочному волочінні:

(4.41)

27. Коефіцієнт форми:

(4.42)

28. Повне напруження волочіння (формула Ємельяненко - Альшевського):

(4.43)

29. Повна сила волочіння:

(4.44)

Силу волочіння можливо визначити з використанням інших методик.

Методика розрахунку для практичних задач.

Сила волочіння:

(4.45)

Заводська методика.

Повне напруження волочіння:

(4.46).

Повна сила волочіння:

(4.47)

5. Розрахунок енергосилових параметрів при виконанні ковальської операції «Протяжка»

Протяжкою називають процес пластичної деформації при якому відбувається подовження заготовки або її частини за рахунок зменшення площі поперечного перерізу (рис 4).

Протяжка сприяє усуненню внутрішніх дефектів (пустот) і покращує механічні властивості металу в осьовому напрямку заготовки. Операцію протяжки використовують для деформування заготовки симетричного перерізу.



Рисунок 4 - Схема протяжки

Основною відмінністю цієї операції є те, що осередок деформації охоплює лише частину заготовки, на відміну, наприклад, від операції осадки. За рахунок цього, окрім стандартних деформаційних параметрів - ступеня деформації, початкових та кінцевих геометричних розмірів і т.п., процес протяжки характеризується специфічними характеристиками, а саме - абсолютною та відносною подачею. Обираємо протяжку за подальшим обтиском по всій довжині перед кантуванням.

Ступень деформації у проході обирається в залежності від марки сталі заготовки. Для вуглецевих сталей приймається допустимий ступень деформації е = 20%, для низько- та середньо легованих - е = 15%, для високолегованих сталей - е = 10%.

Ступінь деформації за один удар () приймають для поковок малих розмірів , для великих поковок - . Найбільш розповсюджена ступінь деформації за один удар для невеликих поковок .

Вихідні дані для розрахунку:

- відносна подача:

- розміри вихідної заготовки:

- розміри поковки після протяжки:

- довжина вихідної заготовки:

- ступень деформації за один удар молоту:

- марка сталі: сталь 40;

- температурний інтервал кування: 1200-800 ^оС;

- базисне значення межі текучості:

- швидкість деформації: u = 15;

- коефіцієнт, який враховує форму бойків: н = 1.

Розрахунок режиму деформації

Приймаємо чотири проходи для деформації заготовки з усіх сторін.

Перший прохід (

Приймаємо ступінь деформації в першому проході

1. Абсолютна подача:

(5.1)

2. Висота заготовки після першого проходу:

(5.2)

3. Коефіцієнт розширення:

Якщо , то f = 0,06+0,26 якщо , то f = 0,137+0,137

(5.3)

4. Величина укову:

(5.4)

5. Площа заготовки після першого проходу:

 (5.5)

де - площа вихідної заготовки,

6. Ширина заготовки після першого проходу:

(5.6)

7. Коефіцієнт переходу:

(5.7)

Коефіцієнт переходу г показує, на скільки ширина заготовки більше висоти заготовки. Для операції протяжки, щоб при кантуванні на 90? не виникала втрата стійкості, значення г повинно бути менше 2. Якщо коефіцієнт переходу перевищує 2, то необхідно зменшити ступень деформації в проході.

8. Довжина заготовки після першого проходу:

(5.8)

9. Кількість подач у першому проході:

(5.9)

Другий прохід після кантування на 90 у вертикальній площині

(5.10)

Приймаємо ступінь деформації в другому проході

1. Абсолютна подача:

(5.11)

2. Висота заготовки після другого проходу:

(5.12)

3. Коефіцієнт розширення:

(5.13)

4. Величина укову:

(5.14)

5. Площа заготовки після другого проходу:

(5.15)

6. Ширина заготовки після другого проходу:

(5.16)

7. Коефіцієнт переходу:

(5.17)

8. Довжина заготовки після другого проходу:

(5.18)

9. Кількість подач у другому проході:

(5.19)

Третій прохід після кантування на 90 у вертикальній площині

( (5.20)

Приймаємо ступінь деформації в третьому проході

1. Абсолютна подача:

(5.21)

2. Висота заготовки після третього проходу:

(5.22)

3. Коефіцієнт розширення:

(5.23)

4. Величина укову:

(5.24)

5. Площа заготовки після третього проходу:

(5.25)

6. Ширина заготовки після третього проходу:

(5.26)

7. Коефіцієнт переходу:

(5.27)

8. Довжина заготовки після третього проходу:

(5.28)

9. Кількість подач у третьому проході:

(5.29)

Четвертий прохід після кантування на 90 у вертикальній площині

( (5.30)

1. Ступень деформації в останньому проході:

(5.31)

Отримали ступінь деформації 8,2%. Ступень деформації не перевищує допустимий сталі 40 та не нижче ступеня деформації за один удар молоту.

2. Абсолютна подача:

(5.32)

3. Висота заготовки після четвертого проходу:

(5.33)

4. Коефіцієнт розширення:

(5.34)

5. Величина укову:

(5.35)

6. Площа заготовки після четвертого проходу:

(5.36)

7. Ширина заготовки після четвертого проходу:

(5.37)

8. Коефіцієнт переходу:

(5.38)

9. Довжина заготовки після четвертого проходу:

(5.39)

10. Кількість подач у третьому проході:

(5.40)

Після чотирьох проходів отримали переріз поковки 187 х 171,9 мм. Тобто не отримали необхідну ширину поковки Необхідно виконати корегування режиму деформації для отримання заданих розмірів поковки. Для цього корегуємо ступінь деформації у третьому проході.

11. Перевищення розміру поковки:

(5.41)

12. Висота заготовки після третього проходу:

(5.42)

13. Ступінь деформації в третьому проході:

(5.43)

Отримали ступінь деформації 7,9%. Ступень деформації не перевищує допустимий для сталі 40 та не нижче ступеня деформації за один удар молоту.

Третій прохід після корегування

( (5.44)

1. Абсолютна подача:

(5.45)

2. Висота заготовки після третього проходу:

(5.46)

3. Коефіцієнт розширення:

(5.47)

4. Величина укову:

(5.48)

5. Площа заготовки після третього проходу:

(5.49)

6. Ширина заготовки після третього проходу:

(5.50)

7. Коефіцієнт переходу:

(5.51)

8. Довжина заготовки після третього проходу:

(5.52)

9. Кількість подач у третьому проході:

(5.53)

Четвертий прохід після корегування

( (5.54)

1. Ступень деформації в останньому проході:

(5.55)

Отримали ступінь деформації 6,9%. Ступень деформації не перевищує допустимий сталі 40 та не нижче ступеня деформації за один удар молоту.

2. Абсолютна подача:

(5.56)

3. Висота заготовки після четвертого проходу:

(5.57)

4. Коефіцієнт розширення:

(5.58)

5. Величина укову:

(5.59)

6. Площа заготовки після четвертого проходу:

(5.60)

7. Ширина заготовки після четвертого проходу:

(5.61)

Отримали необхідний переріз поковки 187 х 187 мм.

8. Довжина заготовки після четвертого проходу:

(5.62)

9. Кількість подач у четвертому проході:

(5.63)

10. Визначаємо сумарний уков:

(5.64)

На практиці встановлено, що при куванні нормальних зливків з вуглецевих сталей добра якість поковок забезпечується при величині сумарного укова при куванні поковок з подовжених зливків - при ; при куванні з сортового прокату - при . Так як в цьому випадку використовується катана заготовка - сумарний уков забезпечується.

6. Розрахунок маси падаючих частин молота

Щоб визначити необхідну кількість ударів молоту для протяжки заготовки, необхідно, розрахувати роботу деформації за один удар та повну роботу деформації. Максимальне значення роботи деформації можливе в першому проході, коли об'єм заготовки, що знаходиться під бойком, найбільший, або в останньому проході, коли температура заготовки найнижча.

1. Об'єм заготовки під бойком в першому проході:

(6.1)

2. Об'єм заготовки під бойком в останньому проході:

(6.2)

3. Межу текучості можна визначити за любою з відомих методик, або з довідкової літератури для заданої марки сталі. Межу текучості визначаємо за методикою П.Л. Клименка.

Для першого проходу:

(6.3)

Для останнього проходу:

(6.4)

4. Робота деформації за останній удар:

(6.5)

де, об'єм заготовки,

(6.6)

5. Повна робота деформації :

(6.7)

6. Кількість ударів для протяжки:

тобто 5 ударів.

тобто 2 удари. (6.8)

Однакову роботу можливо виконати падаючими частинами більшої маси за меншу кількість ударів, або падаючими частинами меншої маси за більшу кількість ударів. Для молотів доцільно обирати варіант з меншою масою падаючих частин.

7. Визначаємо масу падаючих частин молота G:

(6.9)

7. Розрахунок енергосилових параметрів при виконанні операції об'ємного штампування

Вихідні дані для розрахунку переходів:

- величина угару:;

- коефіцієнт, що рекомендується у межах 1,5-2,8:;

- тривалість паузи між переходами штампування:;

- марка сталі: сталь 40;

- густина сталі: ;

- температурний інтервал кування: 1230-750 ;

- базисне значення межі текучості:;

- діаметр заготовки перед штампуванням:;

- ступень деформації за один удар молоту:;

- швидкість деформації: u = 15 ;

- розміри кінцевої форми поковки:

Діаметри, мм - D₁ = 278,9; D₂ = 205,9; D₃ = 239,9; D₄ = 173,3; D₅ = 100,4;

Висоти, мм - H₁ = 23,4; H₂ = 44,6; H₃ = 13,8; H₄ = 24,8; H₅ = 12,5.

Розрахунок

Штампування осадкою в торець передбачає необхідність використання поштучної заготовки. Як вихідну заготовку використовуємо прокат.

1. Розбиваючи поковку на прості геометричні фігури (рис 5), визначаємо її об'єм

 (7.1)

Рисунок 5 - Креслення штамповки типу верхня «опора»

2. Маса поковки:

(7.2)

3. Маса заготовки

(7.3)

4. Об'єм заготовки:

(7.4)

5. Діаметр заготовки :

(7.4)

Приймаємо заготовку діаметром 92 мм

6. Висота заготовки:

(7.5)

Приймаємо висоту заготовки 142 мм.

8. Вибір переходів при виконанні операцій об'ємного штампування

Поковка “Опора поверхня” належить до поковок ІІ групи, І-ї підгрупи, типу А, що штампуються вздовж заготовки (штампування осадкою в торець). Для штампування таких поковок застосовують площадку для осадки та остаточний рівчак. Схема штампування представлена на рис. 6. Для збивання окалини з бокової поверхні та центрування заготовки в нижньому штампі передбачаємо осадку заготовки від 20 до 30%. Обираємо ступінь деформації при осадці 30%.

Рисунок 6 - Схема штампування деталі типу «Опора верхня»

Висота після осадки:

(8.1)

Діаметр заготовки після осадки:

(8.2)

Об'єм заготовки після осадки:

(8.3)

10. Площа поверхні заготовки:

(8.4)

11. Падіння температури заготовки перед осадкою:

(8.5)

12. Температура заготовки перед осадкою:

(8.6)

13. Площа поверхні поковки після осадки:

(8.7)

14. Падіння температури поковки між операціями осадки та штампування:

(8.8)

15. Температура поковки перед штампуванням:

(8.9)

Визначання маси падаючих частин молота.

16. Напруження текучості визначаємо за методикою П.Л. Клименка:

(8.10)

При t₁ = 1160, k_t = 0,603; k_u = 1,05

При t₂ = 1085,2, k_t = 0,738; k_u = 1,05

17. Робота деформації за останній удар:

(8.11)

18. Повну роботу деформації А_n визначаємо при температурі осадки t₁:

(8.12)

19. Кількість ударів для осадки:

(8.13)

20. Маса падаючих частин (МПЧ) молота для операції осадки:

(8.14)

21. Діаметр поковки в плані:

(8.15)

де - максимальний діаметр штамповки, H - висота штамповки, що відповідає максимальному діаметру, m - величина штампувального нахилу.

В даної штамповки

(8.16)

22. Визначаємо товщину облоюh₃ для поковки “Опора верхня”, якщо б вона штампувалася у відкритому штампі:

(8.17)

23. З літературних джерел обираємо облойну канавку №1 - штампування осадкою і наявність елементів видавлювання (рис 7).

Для канавки: товщина облою - h₃ = 4,14 мм; ширина містка облойної канавки - b₃ = b + b₁ = 11 мм

24. Номінальна МПЧ молота при штампуванні у відкритому штампі поковок, круглих у плані:



Рисунок 7 - Загальний вид облойної канавки №1

(8.18)

25. МПЧ молота при штампуванні у закритому штампі.

Для визначення МПЧ молота при штампуванні в закритому штампі можна скористатися формулами для визначення МПЧ у відкритих штампах.

При цьому, одержану масу падаючих частин зменшують на 20-25 %:

(8.19)

26. Робота деформації за останній удар:

(8.20)

27. Повну роботу деформації A_n визначаємо при температурі t₂:

(8.21)

28. Визначаємо кількість ударів для осадки:

(8.22)

Висновок

1. У першому пункті розраховані енергосилові параметри при прокатці. Розраховані енергосилові параметри прокатки на сортових станах на прикладі прокатки овалу в квадратному калібрі. Розраховані розміри штаби, середній відносний та абсолютний обтиск, термомеханічні коефіцієнти, сила прокатки (Р =8,333 кН) та потужність прокатки (Nпр = 1626 кВт).

Розраховані енергосилові параметри при холодній прокатці штаби на прикладі прокатки в одній із клітей безперервного стана 1700. Визначена довжина зони деформації, середній контактний тиск, випередження, швидкість валків, сила (Р=1045,075МН) та потужність (N_пр=33,16кВт) прокатки.

Розраховані енергосилові параметри процесу поперечно-гвинтової прокатки (прошивки) заготовок. Визначені розміри штаби, енергосилові параметри прошивки, визначений момент прокатки, маса 1 м гільзи (q= 0,829 т), потужність прокатки (N = 33,16 кВт), витрати енергії.

2. У другому пункті розраховано енергосилові параметри при безоправочному волочінні. Визначені розміри готової труби, напруження текучості, приведений кут волоки, напруженння волочіння (убв = 559,53 МПа), сила волочіння (Pбв = 57,7 кН).

3. У третьому пункті розраховано енергосилові параметри в процесах кування.

Розрахували енергосилові параметри при виконанні ковальської операції «Протяжка». Після кожного проходу визначили: абсолютну подачу, величину укову, площу заготовки, довжину заготовки, кількість подач. Розрахували маси падаючих частин молота (G = 246,46кг).

Розрахували енергосилові параметри при виконанні операції об'ємного штампування. Визначили розміри заготовки, масу падаючих частин, масу падаючих частин молота, повну роботу деформації (Ап = 13072,5 кДж), кількість ударів для осадки (n = 18 ударів).

Перелік посилань

1. А.П. Груд'єв, Л.Ф. Машкін, М.И. Ханін: Технологія прокатного виробництва - Москва: «Арт-Бизнес-Центр», 1994. - 653 с.

2. Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механічні властивості металів і сплавів при обробці тиском - М.: Металургія, 1973. - 224 с.

3. М.В. Сторожев, Е.А. Попов: Теорія обробки металів тиском - Москва: «Арт-Бизнес-Центр», 1994. - 653 с.

4. Чекмарьов А.П. Прошивка в косоволковых станах / А.П. Чекмарьов, Я.К. Ваткін, М.І. Ханін, в. І. Біба, Н.С. Кірвалідзе. - М: Металургія, 1967.- 240 с.

5. Чекмарьов А. П. Основи прокатки труб в круглих калібрах / А.П. Чекмарьов, Я. К. Ваткін. - М. Металургія, 1962.- 222 с.

6. Кування і об'ємна штампування стали: Довідник. / Під ред. М.В. Сторожева. - Том 1. - М: Машинобудування, 1967. - 562

Размещено на Allbest.ru

...