1. Значение на нагряването
Нагряването на металите преди обработването им чрез пластична деформация се прави с цел да се повиши тяхната пластичност и да се намали съпротивлението им срещу пластично деформиране. Топлинното въздействие върху металите води до почти пълно загубване на еластичните им свойства, повишаване на пластичността им и намаляване на съпротивлението им срещу пластично деформиране от порядъка на десетки пъти, в сравнение със стойностите при стайна температура. Например, за стомана с 0,45% C, съпротивлението срещу пластично деформиране при 20 °С е 74 kg/mm², при 800 °С е 11 kg/mm², а при 1200 °С е 2,7 kg/mm².
2. Температурен интервал на нагряване
С изменение на температурата се мени и структурата на метала. Поради това, максималната и минималната температура, между които ще се провежда пластичната деформация, трябва да се намират в температурния интервал на съществуване на онази фаза, при която материалът има най-голяма пластичност.
 |
За въглеродните стомани максималната и минималната температура трябва да попадат в областта на аустенита (фиг.1). Максималната температура се избира така, че да се получи възможно висока пластичност, без да се допуска прегряване (прегаряне) на метала. Ето защо, горната температура трябва да лежи 150 - 200 °С под солидус линията. Долната температурна граница се определя още и според изискванията на технологичния процес. За нисковъглеродните стомани (под 0,3% С) тя може да се разпространи и в областта на двуфазно състояние аустенит+ферит, а за високовъглеродните стомани (над 0,9% С) и в областта аустенит+цементит. За евтектоидните стомани (~0,8% С) долната температура трябва да се намира в аустенитната област. Затова, най-общо, минималната температура трябва да бъде 50 - 70 °С над линията PSK. За приетата като пример стомана с въглеродно съдържание ~ 0,45%, температурният интервал е 1240 - 800 °С. Фиг.1. Температурен интервал на нагряване |
3. Скорост и време на нагряване
Определящо значение за термичния режим при пластичната деформация имат продължителността (времето) и скоростта на нагряване. Продължителността на нагряване оказва влияние върху производителността на кoвашкото съоръжение, поради което времето за нагряване трябва да бъде минимално.
Ако металът се постави изведнъж в силно загрята пещ, повърхността му ще се загрее бързо до определената температура, а вътрешността му ще остане сравнително студена. Поради голямата температурна разлика, вследствие на която ще протекат различни обемни изменения, в метала ще се получат значителни вътрешни напрежения, които могат да предизвикат появяването на пукнатини.
Скоростта на нагряване е толкова по-голяма, колкото по-голяма е разликата между температурите на простора на пещта и на заготовката. Разликата между температурата на работното пространство на пещта и температурата, до която трябва да се нагрее заготовката, се нарича температурен напор. Размерът на температурния напор определя скоростта и продължителността на нагряването. Колкото по-голям е температурният напор, толкова по-голяма е скоростта на нагряване и толкова по-малко е времето. Ако температурният напор е от порядъка на 100 - 150 °С, това означава, че нагряването се провежда с обикновена скорост. Скоростно нагряване се извършва при температурен напор повече от 250 - 300 °С.
На фиг.2 е показана графика, по която може да се отчете времето за нагряване на заготовки с различен диаметър до температура 1200 °С, ако се поставят в пещ с температура на работното пространство също 1200 °С, т.е. без температурен напор.
На фиг.3 е посочено влиянието на температурния напор върху изменението на времето за нагряване. По ординатата се определя съкращаването на времето за нагряване (а, %) на дадената заготовка.
 |
 |
| Фиг.2. Време за нагряване без температурен напор | Фиг.3. Влияние на температурния напор |
Данните от графиката на фиг.3 се отнасят за нагряване само на една заготовка. Ако в простора на пещта са подредени повече заготовки, времето за нагряване трябва да се увеличи, като се има предвид начина на подреждане на заготовките върху пода на пещта. Например, ако заготовките са кръгли и плътно допрeни, поправъчният коефициент е K1 = 2.
Тъй като времето за нагряванe се влияе и от дължината на заготовките, то трябва да бъде коригирано с още един поправъчен коефициент K2 , отчитащ отношението L / D, както следва:
L / D 4 3 2,5 2 1,5 1,25 1 0,5
K2 1 0,96 0,9 0,86 0,77 0,73 0,65 0,50
4. Съгласуване на производителността на нагревателното и ковашкото съоръжение
За постигане на непрекъсната работа в цеха трябва да се осигури съгласуваност между производителностите на нагревателното устройство и на ковашкото съоръжение. От пещта непрекъснато трябва да се изваждат нагрети заготовки. Това може да стане само когато броят на едновременно нагряваните заготовки е определен правилно. Ако
t е времето за нагряване на една заготовка (min),
to е времето за изковаване на една заготовка, to = 60 / n (min), като
n е часовата производителност на ковашкото съоръжение (броя за час),
то броят на едновременно нагряваните заготовки z ще бъде: z = t / to .
5. Задача за изпълнение
Да се определи температурният интервал, времето за нагряване и броят на едновременно нагряваните заготовки при следните изходни данни:
а) размери на стоманената заготовка Ø50 mm и дължина 70 mm ;
б) въглеродно съдържание на стоманата ~0,45% ;
в) часова производителност на ковашкото съоръжение n = 120 броя.
6. Последователност при работата:
1. Определя се времето за изковаване на една заготовка to = 60 / n , min.
2. Определя се температурният интервал на нагряване (според фиг.1 и изнесените в т.2 данни).
3. Определя се времето за нагряване на една заготовка в пещ без температурен напор (от фиг.2).
4. Определя се времето за нагряване на една заготовка в пещ с температурен напор, при условие, че в цеха работи една
пещ, която постоянно поддържа температура 1280 °С (от фиг.З се определя коефициентът за намаляване на времето а,%).
5. Коригира се времето за нагряване t , в зависимост от подреждането на заготовките в пещта (с K1).
6. Коригира се времето за нагряване според дължината на заготовката (с K2).
7. Определя се броят на едновременно нагряваните заготовки z = t / to .
*Съвсем леко редактираният тук материал се основава на упражнение от хартиен носител, оцелял след близо 30-годишно неизменно ползване. Фиг.1 и част от текста към нея са взети от монографията на Петър Давидков, Обработване на металите под налягане в машиностроенето, С., Техника, 1964, като са публикувани тук след преработване. Д.Алипиев.