Расчет режимов нагрева и охлаждения заготовки

При штамповке прутковых заготовок необходимо решить две задачи:

- придание заготовке заданной формы и размеров поковки;

- получение требуемых свойств.

Оптимальный термический режим штамповки должен способствовать успешному проведению процесса, при котором вредное влияние теплоты по возможности ограничивается и обеспечивается высокое качество поковок. Поэтому термический режим разрабатывается для каждой стали, с учетом исходной структуры металла, объёма и соотношения размеров поковки и назначения поковки.

Режим нагрева и охлаждения включает:

- нагрев металла перед штамповкой;

- охлаждение металла в процессе штамповки;

- охлаждение металла после штамповки.

Быстрота прохождения процесса штамповки обычно позволяет уложиться в промежуток времени, определяемый остыванием металла.

Одна из главных задач при разработке термического процесса штамповки, состоит в определении температурного интервала. Под температурным интервалом подразумевается интервал между температурой конца нагрева металла и температурой конца деформации. Температура конца нагрева металла превышает температуру начала деформации металла на величину потери температуры за время передачи металла от нагревающего устройства к штамповочному механизму.

Температуру конца нагрева металла принимаем на 100 ¸ 250 ⁰ меньше температуры плавления данного металла.

По справочным данным, так так сталь среднеуглеродистая принимаем:

- температура конца нагрева металла 1150 ⁰С;

- температура конца штамповки 850 ⁰С.

Правильно заданный режим нагрева обеспечивает нагрев металла до необходимой температуры за минимально возможное время. При этом температура должна быть равной по всему сечению заготовки. От равномерности распределения температуры по сечению заготовки зависит качество получаемой поковки, производительность труда и безопасность выполняемых работ.

По справочным данным определяем время нагрева

Z=22 мин = 0,37 ч

Для нагрева в пламенной печи при всестороннем действии на металл источника тепла Н. Н. Доброхотовым предложена следующая формула:

(4)

где Z – время нагрева от комнатной температуры до 1150 ⁰С, ч;

k – коэффициент, принимаемый по справочным данным;

D – диаметр нагреваемого металла, м.

Общее время нагрева металла Z складывается из времени нагрева Z₁ от комнатной температуры до критической температуры (около 800 ⁰С) и из времени нагрева Z₂ от температуры от критической до температуры конца нагрева металла. Отсюда следует, что расчет времени нагрева металла производится по формуле:

(5),

где для сталей:

,где D--max толщина стенки (6),

где D--max толщина стенки (7)

Нагрев до температуры 1200 °С подразделяется на два периода: от 20 до 800°С и то 800 до 11500°С.

Теперь подставляя значения в формулы (6) и (7) определяем значения Z₁ и Z₂:

ч

ч

Получив численные значения Z₁ и Z_{2 ,} подставляем их в формулу (5) для расчета времени нагрева заготовки:

t,C

1150

850

800

0 0,25 0,12 Z,ч

Рис.2 График нагрева и охлаждения заготовки.