Порядок выполнения работы

1. Определить ударную вязкость отлитых образцов по формуле

КС = ; где

A – работа, затраченная на излом образца [Дж];

S – площадь поперечного сечения образца [м²].

2. Описать ход экспериментальной части и результаты эксперимента с пояснениями, анализом и выводами. Объяснить, почему отливки имеют разную макроструктуру, ударную вязкость и качество поверхности.

3. Краткий вывод по результатам работы.

Выполнение индивидуального задания

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КУЗНЕЧНОЙ КОВКИ

Цель работы

1. Познакомиться с оборудованием и технологическим процессом кузнечной ковки.

2. Изучить основные операции кузнечной ковки.

3. Научиться выбирать оборудование, назначать технологию ковки изделий.

Материалы и оборудование

1. Пневматический молот с весом падающих частей 75 кг.

2. Нагревательная печь с термопарой и потенциометром.

3. Мерительный инструмент (штангенциркуль, линейка).

4. Углеродистая сталь.

Основные положения

Кузнечная ковка – это технологический процесс, при котором металл деформируется с помощью ударов кузнечного молота или нажатия пресса.

Ковку еще называют свободной, потому что заготовка свободно деформируется в горизонтальном направлении под действием вертикальных ударов молота. Это хорошо видно на примере операции протяжки. Ручная ковка применяется для изготовления мелких поковок, главным образом, в ремонтных мастерских (рис. 1). При ручной ковке удары наносятся кувалдой (тяжелый молоток весом порядка десяти кг).

Преимущества свободной ковки возможность изготовления поковок различного веса, формы и размеров; отсутствие дорогостоящей оснастки; использование относительно простого и универсального инструмента.

Основные недостатки метода сравнительно низкая производительность труда, невысокая точность получаемых поковок, большие припуски на последующую механическую обработку, приводящие к потерям металла в стружку.

Заготовки подвергаются нагреву с целью повышения пластичности металла и облегчения процесса ковки.

Изменение прочности и пластичности при нагреве некоторых металлов и сплавов даны в табл. 1.

Таблица 1

Марка стали, сплава	Температура обработки, °С

Сталь Ст3	42/25	21/–	8/70	5/80	3/88
Сталь 45	64/16	32/25	12/48	5/53	3/64
Сталь У12	68/5	18/1	11/52	4/65	2/92
30ХГСА	64/12	18/–	6/–	3/30	1/60
40Х9С2	75/15	29/–	5/68	4/29	2/72
Медь МЧ	27/40	4/56	1/70	–/77	–
Латунь Л68	33/56	5/34	2/72	–	–
Титановый сплав ВТ3	80/16	60/20	8/100	4/100	–

Примечание: в числителе приведен предел прочности при растяжении в кгс/мм², в знаменателе – относительное удлинение в %.

Таблица 2

Наименование металла и сплава	Температура, °С
начало ковки	окончание ковки
Конструкционные углеродистые стали	1200–1300
Инструментальные углеродистые стали	1050–1100
Легированные стали:
низколегированные		820–850
среднелегированные	1100–1150	850–875
высоколегированные	1150–1200	875–900
Алюминий
Алюминиевые сплавы	470–490	350–400
Медь
Медные сплавы: бронза
латунь
Магниевые сплавы	370–430	300–350

Превышение температуры нагрева металлов при ковке ведет к образованию дефектов, называемых перегревом и пережогом.

Перегрев – это рост зерна металла сверх допустимого, что ведет к снижению механических свойств.

Пережог – это означает окисление границ зерен, такой металл разваливается при ковке.

Ковка при температуре ниже нижнего предела температурного интервала приводит к разрушению металла из-за недостаточной пластичности.

Технологический процесс ковки представляет собой совокупность определенных операций, основными из которых являются:

1. Осадка – операция увеличения площади поперечного сечения заготовки за счет уменьшения высоты (рис. 1).

2. Высадка – осадка части заготовки (рис. 2).

3. Протяжка – увеличение длины заготовки за счет уменьшения толщины (рис. 3).

4. Рубка – разделение заготовки на части (рис. 4).

5. Прошивка – операция получения отверстия в заготовке. Различают глухую прошивку и сквозную (на рис. 6 показана сквозная прошивка). (см. рис. 5).

6. Раскатка – увеличение диаметра кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины кольца (см. рис. 6).

7. Передача ‑ смещение одной части заготовки относительно другой (см. рис. 7).

На всех рисунках буквами обозначить: а – заготовку; б – поковку; в – схему операции.

Рис. 6. Раскатка на оправке

Величина деформации при ковке характеризуется коэффициентом уковки K_У:

K_У = F_max/F_min,

где F_max и F_min – это максимальная и минимальная площадь поперечного сечения до и после ковки.

Чаще всего K_У = 1,3–1,5, а при ковке слитков K_У = 3–10.

Чем больше коэффициент уковки слитков, тем лучше структура металла и выше его механические свойства.

Оборудованием для ковки являются ковочные молоты и прессы.

Молоты – это машины ударного действия,

а прессы – это машины с медленным приложением нагрузки.

Мелкие поковки обычно куют на пневматических молотах, крупные – на паровоздушных ковочных молотах, а очень крупные и тяжелые поковки – на гидравлических прессах.

Схема и принцип действия пневматического молота (см. рис. 8).

Пневматический молот имеет два цилиндра: компрессорный 1 и рабочий 2. Поршень 3 компрессорного цилиндра нагнетает воздух в рабочий цилиндр 2 и приводит в движение рабочий поршень 4, который выполнен за одно целое с массивным штоком 5 и называется бабой молота. Возвратно-поступательное движение поршня компрессорного цилиндра осуществляется кривошипно-шатунным механизмом 6, который получает движение от электромотора 7 через клиновидную ременную передачу 8 или с помощью зубчатых колес.