ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Машины и технология обработки металлов давлением»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам по дисциплине
«Технология ковки и объемной штамповки»

Ростов-на-Дону 2008
Составитель: кандидат технических наук, доцент Шипулин А.И.

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Технология ковки и объемной штамповки» предназначены для студентов дневного и заочного обучения по специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением».-Рассматриваются технологические процессы ковки и горячей объемной штамповки.
Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ, 2008, с.

Печатается по разрешению методической комиссии факультета «Технология машиностроения»

Научный редактор- д.т.н., профессор Резников Ю.Н.

Рецензент- к.т.н.. доцент Калинин Г.Г.

@ Издательский центр ДГТУ, 2008

1. Общие положения

Выполнение лабораторных работ по технологии ковки и объемной штамповки позволяют закрепить изучаемый теоретический материал; способствует получению представления о силовом режиме и закономерностям течения металла при выполнении различных операций ковки т горячей объемной штамповки; развитию навыков постановки экспериментов; знакомят с особенностями и приемами работы на лабораторном кузнечно-штамповочном оборудовании и методами обработки экспериментальных данных; учат правильному формулированию выводов по результатам выполненных работ.

2. Основные правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ

Перед выполнением лабораторных работ все студенты должны пройти инструктаж по технике безопасности, который оформляется записью в контрольном листке.

При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать общие правила техники безопасности в лабораториях кафедры и следующие дополнительные требования:

• настройку инструмента производить при выключенном оборудовании;
• включение оборудования производить только по указанию преподавателя;
• перед включением оборудования проверить надежность крепления инструмента, ограждения, убрать все лишние предметы из рабочей зоны;
• о включении оборудования необходимо предупредить всех окружающих.

Категорически запрещается:

• находится в опасной зоне работающего оборудования в процессе проведения эксперимента;
• включать быстрый подъем траверсы испытательной машины;
• поправлять образцы при включенном оборудовании.

1. Содержание
2. Основные правила техники безопасности при выполнения лабораторных работ
3. Лабораторная работа №1. "Исследование бочкообразования при свободной осадке"
4. Лабораторная работа № 2. "Исследование процесса кузнечной вытяжки под плоскими бойками"
5. Лабораторная работа № 3. "Исследование процесса открытой прошивки цилиндрических заготовок"
6. Лабораторная работа № 4. «Исследование заполнения полости штампа в зависимости от массы облоя»
7. Лабораторная работа № 5. «Исследование процесса штамповки удлиненных в плане поковок на молотах.»
8. Список использованных источников

Лабораторная работа №1
«Исследование бочкообразования при свободной осадке»

Осадкой называется кузнечная операция, при которой увеличиваются размеры поперечного сечения исходной заготовки за счёт уменьшения её высоты.

Схема процесса осадки

При осадке происходит искажение формы заготовки. Так, при осадке цилиндрической заготовки получаем бочкообразную поковку. Бочкообразование при свободной осадке является следствием неравномерности деформации. Объём бочкообразной части поковки необходимо уметь рассчитывать, чтобы правильно выбрать заготовки для получения поковок, изготовленных свободной ковкой. На величину объёма бочкообразной части поковки основное влияние оказывают степень деформации /1/ и размеры исходной заготовки.

Цель работы. Экспериментальное исследование зависимости объёма бочкообразной части поковки от степени деформации. Оборудование, материалы, инструмент

1. Универсально-испытательная машина УИМ-50
2. Набор образцов-заготовок
3. Плиты для осадки
4. Мерители: линейка, штангенциркуль, ходомер

Порядок выполнения работы

1. Измерить высоту Н0 и диаметр D0 исходных заготовок, рассчитать их объём V0, и данные записать в таблицу.
2. Осаживания заготовки по стадиям, измерять конечную высоту Hki, диаметр цилиндрической части Dцi заготовок на каждой стадии.
3. Рассчитать и результаты внести в таблицу
   • отопит, деформации осадки на каждой стадии по формуле
     
   • объём цилиндрической части поковки на каждой стадии осадки V_цi;
   • объём бочкообразной части поковок на каждой стадии по формуле ;
   • значение коэффициента бочкообразности на каждой стадии по формуле /1/
     
   • Значения коэффициента бочкообразности для выбранных значений степени деформации (значения принимаемых в расчет степеней деформации должны быть такими, чтобы в этот интервал укладывались фактические степени деформации) для данного отношения высоты заготовки H₀ к диаметру D₀ по формуле /1/
     при ; при ; при .
     
4. Пользуясь данными таблицы, построить график зависимости от степени деформации.
5. Сделать выводы по работе.

Лабораторная работа № 2
«Исследование процесса кузнечной вытяжки под плоскими бойками»

Вытяжкой (протяжкой) называется кузнечная операция, при которой увеличивается длина исходной заготовки при одновременном уменьшении её поперечного сечения.

Кузнечная протяжка производится путем нескольких последовательных нажатий пресса или ударов бойка молота. В промежутках между ударами заготовка подается под бойки вдоль её длины на определенную величину, которая называется шагом подачи.

Схема процесса вытяжки цилиндрической заготовки

В общем случае вытяжку можно представить как последовательную осадку её смежных участков. При этом к каждому осаженному участку примыкают свободные участки заготовки /2/ , которые сдерживают течение металла в поперечном направлений», увеличивают неравномерность деформации, резко снижая уширение и способствуя удлинению заготовки.

Большое влияние на интенсивность процесса вытяжки оказывает величина подачи. С увеличением шага подачи заготовки пря вытяжке удлинение уменьшается, а уширение увеличивается. И наоборот, чем меньше подача, тем больше удлинение и меньше уширение при прочих равных условиях. Однако с уменьшением подачи увеличивается необходимое количество нажатий бойка, что приводит к снижению производительности процесса.

Цель работы. Экспериментальное исследование влияния относительной подачи и обжатия заготовки на величину относительного удлинения и относительного уширения.

Оборудование, материалы, инструмент

1. Пневматический молот
2. Электропечь сопротивления
3. Набор образцов - 3 заготовки Ф 20 х 160 из стали 20
4. Мерители: линейка, штангенциркуль

Порядок выполнения работы

1. Отступив от торца заготовки на 10 мм, разметить образец и нанести риски, расстояние между которыми соответствует шагу подачи: 10; 20; 30 мм.
2. В электропечи сопротивления произвести нагрев трех заготовок до температуры 1100°С.
3. Произвести вытяжку по стадиям и замерить удлинение и уширение после каждого нажатия с различными величинами шага подачи и различными степенями обжатия. Результаты измерений записать в таблицу:
4. Рассчитать:
   • средние значения удлинения и уширения на каждом этапе;
   • относительное удлинение и относительное уширение по формулам:
     ; ;
   • уковку по формуле ;
   • коэффициент интенсивности уширения по формуле ;
Результаты расчета зависать в таблицу.
5. Пользуясь данными таблицы, построить графики зависимости
6. Сделать выводы по работе о зависимости коэффициента вытяжки и уширения от величины относительной подачи и степени деформации.

Лабораторная работа № 3
«Исследование процесса открытой прошивки цилиндрических заготовок»

Прошивкой называется кузнечная операция, при которой в сплошной заготовке получают отверстие. Открытая прошивка является также одной из наиболее распространенных разновидностей первой стадии объемной штамповки при изготовлении поковок с углублением.

Для открытой прошивки характерно искажение формы исходной заготовки - уменьшение высоты, неравномерное увеличение диаметра, появление утяжины на торце со стороны противника и выпуклости с обратной стороны заготовки.

Схема процесса открытой прошивки

Изменение формы и размеров заготовки при прошивке зависит от её исходных размеров и размеров прошиваемого отверстия и его глубины.

В практике свободной ковки открытую прошивку применяют при

Цель работы. Экспериментальное исследование формоизменения заготовок и удельного усилия при открытой прошивке в зависимости от диаметра прошиваемого отверстия.

Оборудование, материалы, инструмент

1. Гидравлический пресс усилием 50 тс.
2. Электропечь сопротивления
3. Набор образцов - заготовки из стали 20.
4. Набор прошивней.
5. Мерители: линейка, штангенциркуль.

Порядок выполнения работы

1. Измерить высоту H₀, диаметр D₀ исходной заготовки, диаметр прошивней d и записать в таблицу.
2. В электропечи сопротивления произвести нагрев трёх заготовок до температуры 1100°С.
3. Произвести открытую прошивку трех образцов, зафиксировав фактическое усилие прошивки Р_фак для каждого образца.
4. Охладить прошитые заготовки и измерить высоту Н_к, максимальный диаметр D_{max, фак}, высоту не прошитой части заготовки (выдры) h. Результаты измерений записать в таблицу.
5. Рассчитать:
   • фактическое удельное усилие открытой прошивки по формуле
     ;
   • удельное усилие открытой прошивки по расчетной формуле /3/
     ,
     где σ_Т - предел текучести стали 20 при температуре конца ковки (прошивки);
   • теоретическое значение максимального диаметра проши­той заготовки по формуле /4/
     .
   Результаты расчета записать в таблицу.
6. Пользуясь данными таблицы, построить графики зависимости q_pac, q_фак, D_{max, фак}, D_{max, рас} от соотношения D₀/d.
7. Сделать выводы по работе.

Лабораторная работа № 4
Исследование заполнения полости штампа в зависимости от массы облоя

В процессе штамповки в открытых ручьях происходит заполне­ние полости ручья с одновременным вытеснением металла в заусенец, так как существует зазор между верхний и нижней частями штампа. По мере движения верхнего штампа вниз толщина заусенца уменьшается и возрастает сопротивление течению металла а заусенец, а это способствует заполнению полости штампа, тая как создается подпор со стороны заусенца.

Недостаточный объем металла в заусенце приводит незаполнению полости ручья, т.е. к браку поковки. Чем сложнее конфигурация полости штампа, тем труднее запол­нять её металлом, следовательно тем больше должен быть создан вод-пор со стороны заусенца.

Рис. 1. Поковка шестерни

Цель работы: Экспериментальное исследование связи между степенью заполнения полости ручья штампа и массой металла, идущего в заусенец.

Материалы, оборудование, инструмент

1. Заготовки – свинцовые
2. Испытательная машина ПР-500
3. Подкладной штамп

Порядок выполнения работы

1. Рассчитать объем поковки, представленной ив рис. 1.
2. Рассчитать размеры заготовки, объем которой соответствует поковке.
3. Рассчитать размеры заготовок, избыток металла в которых составляет 5, 10, 15%.
4. Штамповать в подкладном штампе поковку из всех указанных в пунктах 2 и 3 заготовок. Результаты записать в таблицу.
5. Рассчитать критерий сложности поковки:
   • определить центр тяжести половины осевого сечения поковки по формуле:
     
   • определить периметр осевого сечения поковки и описанного цилиндра;
   • определить критерий сложности поковки по формуле
     , где
     D₀ – диаметр заготовки;
     h₀ – минимальное расстояние между полостями в сомкнутом штампе;
     h_р – расстояние между наружной и внутренней полостями разъема штампа.
6. По графику (рис. 2) в зависимости от критерия сложности и массы поковки определить теоретическое значение массы облоя.
   
   Рис. 2. Зависимость расхода металла в заусенец
   Таблица
   
7. Сравнить характер заполнения полости штампа при различных значениях избытка металла в заготовке и определить наименьшую величину избытка металла в заготовке, при которой происходит качественное оформление поковки. Сравнить практическое значение избытка металла и теоретическое.

Лабораторная работа №5
Исследование процесса штамповки удлиненных в плане поковок на молотах.

При разработке технологического процесса штамповки поковок с вытянутой осью и различным поперечным сечением особое внимание уделяется вопросу перераспределения металла вдоль оси заготовки, так как от этого зависит качество выполнения окончательного ручья, величина и равномерность распределения заусенца по периметру поковки, что в конечном результате приводит к экономии металла, вытесненного в облойную канавку на отдельных участках поковки, приводит к перерасходу энергии, затраченной на пластическую деформацию и снижению стойкости штампа (за счёт износа мостика облойной канавки).

Перераспределение металла вдоль оси заготовки при штамповке на молотах осуществляется в заготовительных ручьях (пережимкой, перетяжкой, протяжкой). Выбор заготовительных ручьев производится по диаграмме пределов применения заготовительных ручьёв (диаграмме А.В. Ребельского). Для использования диаграммой следует по данным расчётной заготовки (эпюры диаметров) определить величины коэффициентов α, β, и k и в зависимости от них и массы поковки выбрать заготовительные ручьи.

Цель работы: исследование качества выполнения окончательного ручья в зависимости от перераспределения металла вдоль оси заготовки в заготовительном ручье.
Рис. 1. Чертеж поковки

Материалы, оборудование, инструмент

1. Заготовки – свинцовые
2. Пневматический молот
3. Штамп молотовой
4. Штангенциркуль. Весы лабораторные.

Порядок выполнения работы

1. По чертежу поковки (рис. 1) определить объём и массу поковки.
2. Построить для данной поковки расчётную заготовку и определить коэффициенты α, β.
3. Определить размеры заготовки в зависимости от заготовительного ручья.
4. Штамповать заготовку последовательно в заготовительном и окончательном ручьях.
5. Штамповать заготовки в окончательном ручье.
6. После штамповки трёх заготовок на полученных поковках обрезать заусенец и взвесить поковку и облой. Результаты записать в таблицу.
   
7. По результатам работы сделать выводы.

Список использованных источников

1. Охрименко Я.М. Технология кузнечно-штамповочного производства. –М.: Машиностроение, 1976.
2. Павлов И.М. Теория прокатки. –М.: Металлургиздат, 1950.
3. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. –М.: Машиностроение, 1971. – 405 с.
4. Уинсов Е.П. Инженерная теория пластичности. –М.: Машгиз, 1959. – 327 с.