книги из ГПНТБ / Кордюков, В. П. Свободная ковка на молотах

В связи с этим необходимо внедрять в производство эффек­ тивные способы малоокислительного нагрева.

При свободной ковке практическое значение имеют два ос­ новных способа малоокислительного нагрева: нагрев в восста­ новительной атмосфере, создаваемой за счет неполного сгорания топлива, и скоростной нагрев, в основе которого лежит увели­ чение температурного напора в рабочей зоне печи и в связи

•с этим сокращение продолжительности нагрева. Следует отме­ тить, что оба эти способа лишь снижают окалинообразование и не влияют на окисление металла при ковке или охлаждении поковки, составляющее 0,5—0,6%. Поэтому и для данного спо­ соба изготовления поковок заслуживает внимания нагрев за­ готовок со стеклопокрытиями, предохраняющими металл от окисления в процессе нагрева и деформации. Такие покрытия, являясь хорошим смазывающим и теплоизоляционным мате­ риалом, повышают стойкость инструмента, снижают неравно­ мерность деформации и создают реальные предпосылки для внедрения прогрессивного изотермического режима ковки. Использование стеклопокрытий в производстве поковок эконо­ мически оправдывается лишь в случае применения недорогого и производительного способа их нанесения на поверхность заго­ товок, каким является, например, погружение заготовок в «кипя­ щий» слой.

О б е з у г л е р о ж и в а н и е связано с выгоранием углерода с поверхности металла, вследствие чего твердость последнего по­ нижается. Скорость обезуглероживания меньше скорости окисле­ ния. Поэтому вредное влияние обезуглероживания следует учи­ тывать прежде всего при термической обработке поковок, когда толщина окалины может быть меньше толщины обезуглероженного слоя. Интенсивное выгорание углерода происходит у инст­ рументальных и высокоуглеродистых сталей. Резцы, изготовлен­ ные из заготовок с обезуглероженным слоем, величина которого выходит за пределы припуска на механическую обработку, имеют, как правило, неудовлетворительные режущие свойства.

Нагревательные устройства кузнечных цехов

Устройства для нагрева металла при обработке давлением бывают пламенные и электрические. В кузнечных цехах свобод­ ной ковки применяют пламенные нагревательные устройства, в которых нагрев металла производится путем непосредствен­ ного соприкосновения с пламенем, образующимся при горении

устройства, которые используют для нагрева металла, чаще всего в мелких кузницах при выполнении различных ремонтных

30

работ. Однако в силу некоторых конструктивных особенностей горны применяют в кузнечных цехах для местного нагрева длин­ ных заготовок при выполнении технологических операций, например гибки или высадки.

Горны бывают переносные и стационарные; открытые и за­ крытые; они могут работать на твердом, жидком и газообраз­ ном топливе.

Переносные горны применяют для нагрева металла при выполнении кузнечных работ вне цеха. На легком сварном основании (подставке) закрепляют горновую чашу, в кото­ рую загружают уголь. Воздух для горения угля подается от вентилятора через фурму, закрепляемую на горновой чаше снизу.

Стационарные горны представляют собой неподвижные на­ гревательные устройства, состоящие из стола с углублением для горения топлива и нагрева металла, системы подвода дутья (вентилятор, фурма) и системы управления и отвода дымовых газов (зонт, трубы). Стационарные горны могут быть откры­ тыми и закрытыми.

Открытые горны конструктивно выполнены таким образом, что очаг тепла, в котором нагревается металл, открыт со всех сторон. Образующаяся в результате спекания угля поверхност­ ная корка способствует сохранению тепла в очаге нагрева. Однако открытые горны, имеющие к. п. д. 2—5%, характери­ зуются большим расходом топлива, значительными потерями тепла и неудовлетворительными условиями работы вследствие задымленности и рассеивания тепла. Преимущества открытых горнов — простота конструкции, невысокая стоимость, возмож­ ность осуществления местного нагрева длинных («негабарит­ ных») заготовок, загрузить которые в закрытый горн или печь не представляется возможным. Открытые горны могут быть одноогневые, двухогневые и многоогневые, поэтому на одном столе имеется один или несколько очагов нагрева.

Закрытые горны имеют камеру, выложенную огнеупорным материалом, предотвращающую излишнее рассеивание тепла. В связи с этим повышается к. п. д. и улучшаются условия труда. Закрытые горны применяют для нагрева мелких заготовок, а также концов прутковых заготовок (в серийном производстве). Производительность закрытого горна с размерами пода 400X500 мм составляет 100—120 кг/ч нагретого металла. При этом расход твердого топлива равен 12—14 кг/ч. Горн разго­ рается до температуры 1300° С за 30—40 мин.

На рис. 9 показан стационарный открытый кузнечный горн системы А. С. Сколозубова с двойной естественной вытяжкой. На металлическом каркасе установлен корытообразный стол

сдвумя очагами, выложенными огнеупорным кирпичом. Рядом

сгорном установлен бак с водой для охлаждения инструмента. Воздух под давлением 160—200 мм. вод. ст. (1,57 до 1,96 кН/м2)

31

подается через фурму, закрепленную на донной части очага. Регулировка количества подаваемого дутья осуществляется за­ слонкой, смонтированной в воздушном трубопроводе. Произво­ дительность горна 80—120 кг/ч нагреваемого металла. Горн работает на твердом топливе. Расход топлива 25—50 кг/ч.

Отличительной особенностью горна данной конструкции является наличие двойной естественной вытяжки, в результате

Рис. 9. Кузнечный горн системы А. С. Сколозубова с двойной есте ственной вытяжкой

чего обеспечивается надежное удаление дымовых газов. Вытяж­ ная система состоит из двух труб. Внутренняя труба отводит

вильно отрегулированной подаче воздуха обеспечивается быст­ рый нагрев металла при оптимальном расходе топлива. Пламя

.32

в этом случае слегка коптящее. При подаче воздуха с избыт­ ком— пламя ослепительно яркое: возможен перегрев и пережог металла, наблюдается интенсивное окалинообразование. При недостаточной подаче воздуха — пламя сильно коптящее: нагрев металла замедляется, а расход топлива увеличивается;

б) правильное расположение нагреваемой заготовки в очаге. Толщина слоя угля снизу должна быть не менее 100 мм. Сверху зона нагрева должна быть защищена тонким слоем угля, раз­ рыхленного непосредственно у заготовки и уплотненного в ос-

Рис. 10. Закрытый кузнечный горн

тальнон части. В этом случае пламя сосредоточивается в зоне нагрева металла. Заготовки необходимо периодически повора­ чивать во избежание неравномерного нагрева;

в) соблюдение режима нагрева. Заготовки большого попереч­ ного сечения или из легированной стали целесообразно нагре­ вать при малой подаче воздуха (сильно коптящее пламя) с по­ степенным его увеличением. В этом случае достигается относи­ тельно равномерный нагрев заготовок без появления трещин термического характера;

г) выполнение правил ухода за горном как в период его работы (своевременная подача топлива, регулировка дутья,

ците. Стенки и свод горна выложены огнеупорным кирпичом. Снаружи имеется металлический кожух. Загружают и выгру­ жают заготовки через рабочее окно с дверцей, футерованной кирпичом. Дверца открывается и закрывается с помощью троса от педали. Дымовые газы отводятся через отверстие в своде. Производительность горна 100—120 кг/ч, расход топлива

12—14 кг/ч.

Кузнечный горн, работающий на жидком топливе — мазуте, состоит из следующих основных частей (рис. 11): рабочей ка­ меры или камеры нагрева 1\ топочной камеры или камеры сго­ рания 2; системы подачи и распыления мазута 3.

Воздух подается от вентилятора к наконечнику с отвер­ стиями. Мазут, поступающий из бака через воронку, подхваты­ вается потоком воздуха, распиливается и сгорает в топочной камере. Нагретые до температуры 1350—1400° С газы поступают

жидкотекучесть повышается.

Мазут

Поворотный горн для нагрева концов длинных заготовок, работающий на газообразном топливе, изображен на рис. 12. Рабочая камера горна футерована огнеупорным кирпичом. Отверстия 1 в стенках служат для загрузки нагреваемых заго­ товок и выхода дымовых газов. Горючая смесь подается через инжекционную горелку 2. Горн закреплен на основании через промежуточную опору 3 (на шарикоподшипниках), чем обеспе­

тельность разогрева 10—15 мин.

Печи. Пламенные нагревательные кузнечные печи бывают разных типов и конструкций в зависимости от назначения, прин­ ципа действия, размеров, вида топлива и т. д. Все кузнечные печи можно классифицировать по следующим основным при­ знакам:

по способу загрузки печи и выдачи нагретого металла; способу нагрева; видам топлива; способу механизации переме­ щения заготовок в процессе их нагрева; типу устройств, приме­

34

няемых для предварительного подогрева воздуха, подаваемого

впечь; по площади пода.

Взависимости от способа загрузки и выдачи заготовок печи бывают непрерывного и периодического действия. В печь непре­ рывного действия заготовки загружаются поштучно через за­ грузочное окно, а выдаются из печи через окно выгрузки. Нагрев до определенной температуры обеспечивается при перемещении заготовок по рабочему пространству печи. Печь периодического действия загружается партиями (садками) через одно и то же окно. Выгрузка заготовок (поштучно) производится после того, как вся садка нагреется до ковочной температуры. Печь перио­ дического действия проста по конструкции, однако обеспечивает более низкое качество нагрева и неодинаковые параметры нагрева заготовок одной и той же садки. Более длительное пре­

бывание в печи последних заготовок каждой садки приводит к интенсивному окалинообразованию и обезуглероживанию поверхностного слоя.

. В зависимости от способа нагрева кузнечные печи бывают камерные, полуметодические и методические. Камерные печи относятся к печам периодического действия и характеризуются одинаковой тмпературой по всему рабочему пространству. Они

ные, карусельные и конвейерные). Камерные печи просты по конструкции и являются основным видом нагревательных устройств, применяемых в условиях единичного и мелкосерий­ ного производства кованых поковок.

Методические печи характеризуются разной температурой в различных зонах рабочего пространства. Причем температура равномерно повышается от загрузочного окна к окну выгрузки. Этим обеспечивается высокое качество нагрева заготовок. Мето­ дические печи отличаются сложной конструкцией и исполь­ зуются в основном в условиях серийного и массового произ­ водства поковок.

Полуметодические печи являются промежуточным типом печей между камерными и методическими, отличаясь от послед­ них меньшей длиной рабочего пространства.

По видам топлива различают печи, работающие на твердом жидком и газообразном топливе. Печи, работающие на твердом топливе (древесный и каменный уголь), применяются редко. Для распыления и сжигания жидкого топлива (нефти и мазута) используются устройства, называемые форсунками. В газовых нагревательных печах топливо (газ) сжигается в газовых горел­ ках. Наиболее предпочтительными являются газовые печи, обеспечивающие удовлетворительные условия труда (малую за­

2* 35

ные, толкательные, с шагающим подом. Механизированные печи могут быть как камерными, так и методическими. Такие печи применяются в основном в условиях массового производ­ ства штампованных поковок.

По типу устройств, использующих тепло отходящих газовдля подогрева воздуха, различают печи регенеративные и реку­ перативные. Регенераторы представляют собой устройства, состоящие из двух камер, в которых имеется решетчатая кладка из огнеупорного кирпича. Подача горячего дымового газа и холодного воздуха в камеры осуществляется поочередно. При прохождении дымовых газов одна из камер, нагревается; в этот момент другая камера отдает аккумулированное ею тепло воз­ духу, подаваемому в печь. Переключением специальных клапа­ нов (через 15—30 мин) движение газа и воздуха по камерам изменяется: по остывшей камере пропускается горячий газ, а по горячей — холодный воздух. Воздух в таких устройствах, харак­ теризующихся более полным использованием тепла отходящих газов, можно нагревать до температуры 700—900° С. Однако ввиду сложности и громоздкости регенераторы применяются только у больших печей.

Рекуператоры, в отличие от регенераторов, представляют собой устройства непрерывного (а не периодического) действия, состоящие из металлических или керамических труб, по кото­ рым подается воздух к форсункам или горелкам. Отходящие дымовые газы, проходя между трубами, нагревают их, отдавая свое тепло. Через трубы тепло передается воздуху. В рекупера­ торах воздух нагревается от 20 до 100—300° С, в то же время дымовые газы охлаждаются с 1200 до 500—600° С. Рекупера­ торы бывают различных конструкций и размеров, от которых зависит степень использования тепла отходящих газов. Они компактны и встраиваются в подподовое пространство печи или в. дымоход. Рекуператоры могут быть переносными, уста­ навливаемыми над печью.

К. п. д. регенеративных и рекуперативных печей при усло­ вии правильной эксплуатации и надлежащего ухода можно повысить до 30%.

В зависимости от площади пода пламенные нагревательные печи подразделяют на три группы: малые (площадь пода до 1 м2), средние (площадь пода "от 1 до 4 м2) и большие (пло­ щадь'пода свыше 4 м2). Малые печи служат для нагрева мелких заготовок при ковке поковок на небольших молотах. В средних печах нагревают заготовки массой примерно 1000 кг. Такие печи имеют длину рабочей камеры от 750 до 2000 мм. Большие печи применяют для нагрева крупных заготовок и слитков при ковке поковок на тяжелых молотах (с массой падающих частей 5—8 т) или прессах.

Однокамерная переносная печь, работающая на мазуте или газе (рис. 13), имеет металлический каркас 1. Стенки, под и свод

36

печи выложены огнеупорным кирпичом 2. Заготовки загружают

ее при загрузке и выгрузке заготовок. Топливо (мазут) сжи­ гается в форсунках 8, установленных непосредственно в рабочей камере. Дымовые газы из рабочей камеры отводятся по кана­ лам 10 в дымовую трубу 4. Для подогрева воздуха, подаваемого в печь, имеется рекуператор 5 типа «термоблок», установленный на пути прохождения горячих дымовых газов.

Имеется четыре типоразмера подобных печей с площадью пода 0,34; 0,47; 0,73 и 1,08 м2.

Переносная двухкамерная печь, работающая на газообраз­ ном топливе, представлена на рис. 14. В процессе ковки заго­ товок, нагретых в камере 1, партия заготовок, находящаяся в камере 2, нагревается до ковочной температуры. Печь имеет общий каркас 3. Газ сжигается в горелках 4. Дымовые газы через окно 5 и дымоход 6 попадают в рекуператор 7, где пода­ ваемый к горелкам воздух подогревается. Подача дымовых га­ зов к рекуператорам регулируется заслонкой 8.

На рис. 15 изображена конструкция стационарной очковой печи, которая служит для нагрева концов длинных заготовок. Печь может работать как на мазуте, так и на газе. При работе на мазуте топливо подается через форсунки. Печь имеет метал­ лический каркас; рабочая камера выложена огнеупорным кир­ пичом. В стенках печи имеются отверстия для расположения заготовок при нагреве. Дымовые газы через дымоотводы по­ даются под зонт.

Производительность печи 100—150 кг/ч. Расход топлива: мазута — 10—12 кг/ч; природного газа — 12—15 м3/ч. К- п. д .—

до 10%.

Щелевая переносная печь, изображенная на рис. 16, рабо­ тает на жидком или газообразном топливе. Печь, предназначен­ ная для нагрева концов длинных заготовок, имеет металли­ ческий сварной кожух 1\ рабочую камеру прямоугольной формы 2, выложенную огнеупорным материалом; устройство для сжигания топлива 3; щель для загрузки нагреваемого металла 4. Дымовые газы отводятся под зонт через щель и пространство 5 между стенкой и защитным щитом. Печь может

В рабочей камере 1 топливо сжигается с коэффициентом рас­ хода воздуха 0,4—0,55, т. е. с избытком топлива, благодаря чему в камере создается восстановительная атмосфера, спо­ собствующая сокращению потерь металла на угар с 3 до

37

Дым

Рис. 13. Однокамерная переносная печь

JJ35

Рис. 14. Переносная двухкамерная печь

38

Рис. 15. Очковая печь

0,5—0,7%. Продукты неполного сгорания топлива направ­ ляются в верхнюю камеру 2, в которой происходит дожигание топлива со вторичным воздухом. Образовавшееся тепло расхо­ дуется на дополнительный подогрев камеры через свод и на

39