Меню

Свободная ковка особенности процесса оборудование и инструмент

Свободная ковка: особенности процесса, оборудование и инструмент

Свободная ковка — процесс, при котором металл течет свободно (не ограничен поверхностями штампа), не встречая сопротивления своему движению. Ковку осуществляют последовательными ударами ку­валды, бойка молота или нажимами бойка пресса. Ме­талл, подвергаемый ковке, как правило, нагревают.

Инструмент для свободной ковки делят на три груп­пы: для обработки, удержания и измерения поковок. К инструменту для обработки поковок от­носят кувалды, молотки (ручники), гладилки, прошив­ни, зубила, обжимки и др. Удерживающий инстру­мент— наковальни и различные клещи. Для измерения поковок используют линейки, угольники, кронциркули, шаблоны и др.

Основные операции свободной ковки: осадка, высад­ка, протяжка, разгонка, рубка, прошивка, раскройка, передача металла, гибка.

При осадке поперечное сечение заго­товки увеличивают за счет уменьшения ее высоты. Во избежание продольного изгиба высота осаживаемой за­готовки не должна превышать ее диаметр или толщину более чем в 2,5 раза. Вследствие действия сил трения Т по контактным поверхностям боковая поверхность за­готовки приобретает бочкообразную форму.

Высадку (осаживание части заготовки) осуществля­ют при нагревании соответствующей части заготовки (конец или середина) или ограничивая деформацию заготовки на некоторой ее части кольцевым инструмен­том К.

При протяжке длину заготовки увели­чивают за счет уменьшения ее поперечного сечения. Про­тяжку можно вести с края заготовки и с середины. Про­тяжку с поворотом заготовки вокруг оси на 90° назы­вают протяжкой с контовкой.

Разгонки металла по длине заготовки достигают обработкой ее отдельных участков, при этом длинную ось бойка располагают параллельно оси заго­товки.

Для разделения заготовки на несколько частей при­меняют рубку соответствующим инстру­ментом (зубило, подсечка).

Сквозные или глухие отверстия в заготовке получа­ют прошивкой, применяя специальный инструмент (прошивень). Прошитые заготовки можно подвергать раскатке по диаметру с ис­пользованием оправки О, что приводит к утончению стенки кольца и увеличению его диаметра (длинная ось бойка параллельна оси кольца); или протяжке вдоль оси, при которой длина кольца возрастает из-за утончения его стенок (длинная ось бойка перпен­дикулярна оси заготовки).

Передачу металла заготовки с одного места на другое применяют при изготовлении коленча­тых валов и других поковок.

Для получения поковок с изогнутой осью применяют гибку. При изготовлении поковки в каждом случае раз­рабатывают индивидуальную технологию. При этом со­ставляют чертеж поковки на основании чертежа гото­вой детали с указанием припусков, допусков и напусков.

Припуск — предусмотренное превышение размеров поковки против номинальных размеров детали, обеспе­чивающее после обработки резанием указанные на чер­теже размеры детали и чистоту поверхности.

Допуск —разность между наименьшим и наиболь­шим предельными размерами поковки.

Напуск — увеличение припуска, упрочняющее кон­фигурацию поковки. Применяют, когда невозможно или нерентабельно делать поковку по контуру детали.

Ручную ковку ведут на наковальне, используя ку­валды и различный подкладной инструмент, а машин­ную — па ковочных молотах и прессах. Для изготовле­ния мелких поковок применяют пневматические ковоч­ные молоты, для средних паковок — ‘паровоздушные. Крупные тяжелые поковки изготовляют на ковочных прессах.

Ковоч­ный молот имеет падающую часть (баба с прикреплен­ным к ней снизу верхним бойком) и неподвижную (шабот с закрепленным в нем нижним бойком). Обыч­но масса шабота примерно в 15 раз больше массы па­дающей части. Это необходимо для того, чтобы коэф­фициент полезного действия удара был 0,8.. .0,9.

Пневматический молот имеет два парал­лельных цилиндра (рабочий 4 и компрессионный 5). В рабочем цилиндре движется поршень 3, связанный с бабой. Кривошипно-шатунный механизм 9 приводит в движение поршень 8, который, перемещаясь, поочеред­но сжимает воздух в нижней и верхней полостях ком­прессионного цилиндра и нагнетает его в полость рабо­чего цилиндра по каналам 6, в результате чего проис­ходит опускание (удар) и подъем бабы. Для впуска и выпуска воздуха используют краны 7, управляемые пе­далью 1. Пневматические молоты совершают 95. ..210 ударов в минуту, могут делать отдельные удары авто­матически, поддерживать бабу в поднятом состоянии или прижимать ее к заготовке. Масса подающих частей со­ставляет от 50 кг до 1 т.

Источник



Основные технологические операции свободной ковки

Саратовский Государственный Технический Университет

Производство заготовок свободной ковкой

Методические указания к выполнению

по курсу «Технологические процессы в машиностроении»

Для специальности 120100

Снижение металлоемкости, трудоемкости, себестоимости детали машин во многом зависит от вида заготовки (прокат, отливка, поковка, штамповка), который определяет степень близости ее к форме и размерам готовой детали. Эффективным методом снижения металлоемкости, трудоемкости, себестоимости производства деталей является расширение применения способов обработки металлов и сплавов давлением, обеспечивающих формо­образование заготовки (изделия) процессом пластического перераспределения массы металла без снятия стружки. В процессе обработки материалов давлением наблюдается улучшение основных прочностных характеристик, что позволяет либо уменьшить сечения детали при прежних нагрузках, либо повышать нагрузи при работе машины, конструкции. Это способствует повышению долго­вечности, надежности изделия.

Процессы обработки материалов давлением, отличаясь, простой рабочих движений, легче механизируются иавтоматизируются.

Одним из основных способов производства изделий — заготовок обработкой давлением является свободная ковка.

Цель работы : ознакомление с основами разработки технологии и производства заготовки способом свободной ковки.

Оборудование и исходные документы: паровоздушный молот, набор кузнечного инструмента, чертеж детали, исходная (черновая) заготовка, нормативы (нормали, ГОСТы).

1. Ознакомиться с основными видами операций свободной ковки на молотах, применяемым инструментом, устройством и работой (управлением) — пневматического молота.

2. По чертежу детали разработать эскиз получаемой заготовки-поковки по приведенной в указаниях методике, определить потребную мощность на основные операции свободной ковки.

3. Составить план-схему последовательности операции ковки для изготовления поковки заданной детали, назначить тепловые режимы ковки.

Для производства поковок используются прокат и слитки (для круглых поковок). Физико-механические характеристики материала регламентируются ГОСТ или ТУ.

Свободной ковкой называют процесс горячей или холодной обработки металлов и сплавов посредством применения ударного воздействия инструмента к исходной заготовке с целью придания ей желаемой формы, основных размеров, полученных желаемых изменений структуры и механических свойств материала, измельчения зерна.

В процессе свободной ковки материал исходной заготовки свободно течет (перемещается) в направлениях наименьшего сопротивления, не ограниченных поверхностями молота и инструмента.

Свободная ковка применяется при единичном или мелкосерийном производстве заготовок сравнительно простой формы весом от 0,3 кг (даН) до 350 т. Различают ручную и машинную ковку. Мелкие заготовки до 20-30 кг (даН) куют вручную или (до 250 кг, даН) не пневматических молотах с весом падающих частей 500-1000 кг, даН по ГОСТ 712-75.

Поковки весом 20-350 кг, даН куют на паровоздушных молотах двойного действия с массой падающих частей 1-8000 кг, даН (ГО0Т 5752-75).

Основные технологические операции свободной ковки

Технология ковки включает этапы: разрез слитка или проката на исходные мерные заготовки, нагрев, формоизменение (ковка), первичная термообработка (отжиг, нормализация и т.п.),контроль качества, исправление дефектов.

Для крупных или сложной формы поковок применяют нагрев и давку многократно.

Основные операции свободной ковки схематично показаны на рис.1.

Осадка – рис. 1, а — операция увеличения поперечных (усилию размеров, сечения исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты Н 0 ).

Высадка – рис. 1, б – операция местного увеличения сечения поковки матриц (колец и других) для образования головок, буртов и т.п.

Вытяжка – рис. 1, в – операция увеличения длины исходной заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения. Разновидностями вытяжки являются: раскатка – рис. 1, г, разгонка – рис. 1, д, расплющивание, уширение и т.д.

Гибка – рис. 1, е – операция изгибания заготовки по заданному контуру.

Закручивание – рис. 1, ж – операция поворота одной части заготовки относительно другой вокруг продольной оси.

Рубка – рис. 1, з – операция ударного отделения (отрезки, обрезки) одной части заготовки от другой, производимая топорами различной формы (обычно, в два приема с поворотом на 180°).

Передача – рис.1, и – смещение одной части заготовки относительно другой вдоль усилия удара; при процессе «передачи с двух сторон» сначала заготовку надрубают, а затем применяют вспомогательные подкладки (п).

Прошивка – рис. 1, к – операция получения в заготовке углубления или сквозного отверстия с использованием инструмента (прошивания, прошивки) соответствующей формы (конуса, пирамиды); сквозное отверстие получают с применением подкладного кольца (матрицы) или с переворотом заготовки, в два приема. Образующийся при сквозном прошивании отход материала называется выдрой . Предельные размеры прошиваемых отверстий регламентируются ГОСТ 7062-79.

При ковке применяют такие операции наметки, надрубки, пережимки и другие, а также отделочные операции правки, обрезки, проглаживания и клеймения.

Технологические операции ковки производятся большей частью применением специальных инструментов, приспособлений.

К основному инструменту (рис. 2) относят тот,

с помощью, которого производится формоизменение заготовки: раскатки 1-5 круглая, полукруглая, овальная, прямоугольная, фасонная; обжимки 6-7 с соответствующей формой внутренних полостей полуматриц; сменные вырезные бойки 8; вкладыши 9 врезных бойков; оправки 10-11 коническая и цилиндрическая; скоба 12; козлы 13; пережимки 14-17 круглого или сложного профиля режущей частью — фасонные, кольцевые; прошивни 18-21; надставки 22-23; кольцо; оправки калибровочные, бочкообразные 25; конические 26; подкладной штамп 27; вилки 28,29; топоры 30-33; квадрат 34 в другие.

К вспомогательному относят инструмент, посредством которого производится захват, удержание, вращение заготовки какого-то основного инструмента: клещи, патроны, воротки и т.п.

К измерительному и контрольному относят инструмент для промежуточного или конечного измерения размеров, геометрии получаемой поковки: кронциркули, линейки, угольники, шаблоны и т.п.

ПРИМЕЧАНИЕ: При ручной ковке к основному инструменту относят также ручные молота, молотки, зубила.

В лаборатории СПИ, установлен пневматический молот двойного действия с электрическим приводом компрессорной части.

Конструктивно — кинематическая схема молота, показана на рис.З. Там же стрелками показаны движения основных деталей и воздуха.

В общем, литом корпусе молота, выполнены компрессорный I и рабочий молотовый 2 цилиндры. Поршень 3 компрессора, приводимый в движение посредством кривошипно-шатунного механизма 5 и клиноременной передачи от электродвигателя 6, производит засасывание и сжатие рабочего газа-воздуха попеременно в верхней В к и нижней Н к полостях-цилиндрах. Компрессорные полости соединены каналами соответственно с верхней В м и нижней Н м полостями молотового цилиндра 2 через управляемые краны-золотиики 8 и 9. Поступающий из компрессора сжатый (высокого давления) воздух попеременно оказывает давление на поршень 4 молота. Поршень 4 изготовлен монолитно со штоком 10 и бабой II, в нижней части которой посредством хвостовика формы ласточкиного хвоста и запорного клина закреп­лен верхний боек Б. Нижний боек 12 аналогично укреплен и подушке 13, установленной в гнезда массивного металлического основания – шаботе 14, опирающегося на независимый от станины молота фундамент. Вес шабота в 15-20 раз больше веса падающих частей молота. Управление молотом осуществляется посредством ножной педели 15 (или рукоятки), приводящей краны 8 и 9. Крановое воздухораспределение обеспечивает работу молота единичными или несколькими ударами, автоматически следующими друг за другом, а также позволяет удерживать бабу в верхнем положении неподвижно при работающем компрессоре. Число ударов бойка можно менять от 25 до 225 в минуту (в автоматическом режиме).

Источник

Основные операции свободной ковки.

Операции свободной ковки – (Начало)

Предварительные операции свободной ковки.

Основные операции свободной ковки.

Прошивка, пробивка, проколка и раздача.

Ранее было отмечено, что среди видов ковки различают свободную ковку и штамповку. При получении изделий свободной ковкой исходный продукт обрабатывают многократным и прерывным воздействием универсального инструмента – кувалды, молота или пресса до приобретения им заданной формы и размеров. При этом смещаемый по высоте объем деформируемого тела имеет возможность свободного перемещения по контактной поверхности инструмента, что и обусловило название данного вида обработки металлов.

Широко свободная ковка используется и для изготовления художественных изделий. В этом случае свободная ковка находит применение, как правило, при индивидуальном и мелкосерийном производстве, она может выполняться ручным способом или машинным. Ковку осуществляют воздействием на металл с помощью специального инструмента – кувалд, молотков (ручников), бойков молотов и т.д.

В качестве исходных заготовок для художественной ковки применяют различного вида прокат, как сортовой, так и листовой. В результате при деформации изменяется структура исходной заготовки: при обработке деформированного полуфабриката исходные волокна изменяют направление и ориентируются по направлению течения металла и форме изделия.

Волокнистая структура определяет анизотропию механических свойств изделия, поэтому рекомендуется учитывать направление волокон в заготовке. Волокна должны либо огибать контур детали, либо совпадать с направлением максимальных эксплуатационных напряжений в детали.

Степень изменения (проработки) исходной структуры в поковке косвенно характе-

ризуют коэффициентом или степенью уковки:

где F 0 и F 1 – большая и меньшая площади поперечных сечений в каком либо направлении до и после деформации. Коэффициент уковки показывает, во сколько раз изменилось исходное сечение, и используется для расчета исходной заготовки. (ПОЯНИТЕ КАК ИМЕННО!). С повышением величины уковки механические свойства металла в направлении течения металла повышаются, но до определенного предела.

Практически при изготовлении художественных изделий из проката конструкционной стали рекомендуется степень уковки 1,1…1,3.

Замечание об эффективности процессов ковки.

В случаях, когда ковка НЕ ЯВЛЯЕТСЯ окончательной операцией и из поковки путем механической обработки изготавливается окончательная деталь, то ее масса, размеры и даже форма могут существенно отличаться от массы поковки. Эти отклонения зависят от несовершенства технологий, оборудования кузнечно-штамповочного производства и смежных с ним процессов термической, механической обработки и т.д.

Читайте также:  Сайт для поиска драйвера по ид оборудования

Для сопоставления различных технологических процессов и оборудования по их эффективности принимают обобщенный показатель, называемый коэффициентом использования металла поковки при изготовлении из нее механической обработкой детали:

где G Д и G П – масса готовой детали и поковки.

Этот показатель характеризует степень совершенства формы поковки. В идеальном случае, когда поковка не требует механической обработки, К ВТ=1. Для поковок свободной ковки К ВТ=0,05…0,3; для горячей объемной штамповки 0,5…0,8; для холодной объемной и листовой штамповки 0,8…1,0.

Другим важным показателем, характеризующим степень совершенства кузнечно-штамповочной технологии, является выход годного:

где G З – масса исходной заготовки.

При ковке из слитка h=0,3…0,7; при ковке из проката 0,7…0,9; при горячей штамповке 0,7…0,8; при холодной штамповке 0,7…0,9. Произведение К и.м .= К ВТ h является суммарным коэффициентом использования металла заготовки на всем технологическом цикле. При свободной ковке К и.м .=0,02…0,30; при горячей штамповке 0,3…0,7; при холодной штамповке 0,6…0,9. С точки зрения расхода металла – основной составляющей стоимости готовой детали – наименее выгодна свободная ковка и наиболее выгодна холодная штамповка.

Однако целесообразность того или иного способа производства определяется еще многими факторами, в том числе возможностями оборудования, стоимостью передела, серийностью изделий и др.

Технологический процесс свободной ковки состоит из ряда отдельных операций – законченных частей технологического цикла. По функциям, которые эти операции выполняют, их можно классифицировать следующим образом: предварительные, основные, вспомогательные и отделочные.Любой процесс изготовления изделия методом свободной ковки является сочетанием этих операций.

Операции ковки состоят из отдельных действий и перемещений заготовок и инструме-нта, называемых приемами. Приемы имеют специальные наименования.
Переходом называют часть операции, которая выполняется без замены кузнечного инструмента и без перестановки заготовки.
Проходом называют последовательные однотипные удары кузнечным инструментом по заготовке, в результате которых заготовка деформируется (удлиняется, укорачивается, расширяется, сужается, изгибается, скручивается и т. д.).
Кантовкой называют часть операции, которая состоит из поворота заготовки вок-руг оси.
Подачей называют часть операции, которая состоит из продольного или попереч-ного перемещения заготовки во время прохода.
Изготовить одну и ту же поковку можно с большим или меньшим числом перехо-дов. Даже при изготовлении художественных изделий важно снизить себестоимость их изготовления (не в ущерб качеству естественно!). Поэтому кузнец должен знать, какие операции, приемы и инструмент использовать, чтобы как можно меньше затратить вре-мени, топлива и металла на получение той или другой поковки.

  1. Предварительные операции свободной ковки.

К предварительным операциям свободной ковки относятся: надрезка, отрезка, надрубка, отрубка и вырубка .

Надрезка и отрезка осуществляется режущим инструментом с удалением части металла в отход – на токарном станке, фрезерном станке, газорезом и т.д. При отрезке заготовка отделяется полностью, при надрезке (углублении на заготовке) — частично и потом обламывается. Этот процесс оставляет хороший торец, однако очень трудоемок и вызывает лишний отход металла.

Надрубка— операция, при которой формируют небольшие углубления на заготовках зубилами и пережимками. Надрубкой намечаются места для образования в поковках переходов в виде уступов, выступов, выемок и т.п., которые выполняются последующими основными кузнечными операциями (см. далее). Надрубку нельзя делать слишком близко к концу заготовки, так как при последующей протяжке короткого хвостовика может обра-зоваться вогнутость и поковка будет забракована.

Отрубка — операция, при которой заготовку полностью отделяют от исходного ме-талла по незамкнутому контуру кузнечным инструментом. Здесь и далее контур рассмат-ривается в плоскости, перпендикулярной направлению движения инструмента. Отрубку, как правило, выполняют в горячем состоянии заготовки, т.е. при ковочной или близкой к ней температуре. Однако от тонких и узких полос или от толстых полос и прутков неболь-шого сечения из мягкой стали заготовки можно отрубать и в холодном состоянии.

Отрубку металла в холодном состоянии (рис. 1) осуществляют следующим образом. Мелом намечают место отрубки. Затем кузнец плотно укладывает кусок проката на наличник наковальни. На место отрубки строго вертикально устанавливается зубило для холодной рубки. Ударами кувалды зубило внедряется в прокат примерно на половину толщины (рис. 1а). Затем его поворачивают на 180° и зубило устанавливают над местом сделанной надрубки. Ударами кувалдой по зубилу надрубается вторая половина сечения и заготовка отделяется от проката (рис. 1б). Окончательное отделение заготовки желательно выполнять не ударом, а оставлять возможно тонкую перемычку и переламывать ее на краю наличника.

Рис. 1. Способы отрубки металла в холодном и горячем состоянии.

При большой толщине и высокой твердости металла делают четыре надрубки, по-ворачивая разрубаемый прокат на 90°. При отрубе полосовой стали под нее на наковаль-ню кладут лист из мягкой стали, что предохраняет наличник наковальни и режущую кро-мку зубила от повреждения.

Отрубка от толстых полос и прутков в холодном состоянии — операция длительная и трудоемкая. Она приводит к затуплению инструмента и его приходится часто затачивать. Отрубка от проката из легированных сталей в холодном состоянии нежелательна, так как в них образуются трещины в местах внедрения инструмента, что приводит к браку заготовок.

Отрубку металла в горячем состоянии выполняют после нагрева углеродистых ста-лей до температуры не ниже 700 °С (светло-вишневый цвет каления), а легированных ста-лей не ниже 850 ˚С такими же приемами как и при отрубке в холодном состоянии. Процесс отрубки металла в горячем состоянии можно ускорить, если осуществлять его на подсечке. В этом случае на нагретом прокате точно друг против друга на противо-положных сторонах намечаются отметки по месту отрубки. Затем кузнец кладет прокат на лезвие подсечки одной отметкой и придерживает его клещами в строго горизонтальном положении, а сверху по другой отметке точно над лезвием подсечки устанавливает лезвие зубила. Молотобоец наносит удары по зубилу (рис. 1в). Ударять следует до оставления небольшой перемычки между лезвиями зубила и подсечки, а окончательную отрубку следует закончить на краю наличника наковальни нанесением несильного удара по зубилу. Следует отметить, что отрубка иногда является и отделочной операцией.

Вырубкасостоит в полном отделении заготовки или поковки от листовой стали или профильного металла по замкнутому контуру кузнечным инструментом, как правило, зубилом путем его сдвига (перемещения) по контуру.

Основные операции свободной ковки.

Основные операции ковки характеризуются тем, что при их выполнении заготовка подвергается пластическому деформированию с целью получения поковки требуемой формы и размеров. К ним относятся семь видов кузнечных операций: осадка (высадка), протяжка (вытяжка), прошивка (пробивка, проколка), рубка, гибка, кручение, кузнечная сварка. С помощью комбинации этих основных операций можно получить практически любое кованое художественное изделие.

При ковке осадка/высадка являются основными операциями для получения формы поковки, но могут применяться также и как промежуточные операции для устранения ли-той структуры, анизотропии свойств металла, заварки внутренних дефектов.

Осадка — это операция, при которой за счет обжатия по высоте увеличивается пло-щадь поперечных сечений заготовки, перпендикулярных деформирующей силе, а площа-ди продольных сечений (высотных), параллельных деформирующей силе уменьшаются по величине. При этом деформация охватывает всю заготовку. Осадка бывает двух видов: открытая и закрытая (рис. 2). При открытой осадке трение на контактных поверхностях: «инструмент – заготовка» приводит к затормаживанию процесса радиальной деформации и, как следствие, к образованию бочкообразной боковой поверхности.

Рис. 2. Схема осадки: а – открытая осадка; б – закрытая осадка.

1 – заготовка; 2 – поковка; 3 – матрица.

Открытую осадку обычно применяют для получения поковок с большими поперечными размерами при относительно малой высоте из-за риска потери устойчивости (продольного искривления) заготовки при прикладывании вертикального усилия. На практике осадкой не рекомендуется деформировать заготовки, у которых отношения исходной высоты заготовки к исходному диаметру заготовки больше чем 2,5. Осадку также используют как предварительную операцию перед прошивкой (см. далее) при изготовлении пустотелых поковок (кольца, втулки и т.д.).

При закрытой осадке и ходе инструмента на величину h 1 также образуется бочка, однако в дальнейшем заготовка упирается в стенки матрицы и не может свободно деформироваться как в предыдущем случае. При максимально возможном ходе инструмента на величину h 2, бочкообразность изчезает и поковка приобретает оконча-тельную цилиндрическую форму. Величину h 2 можно определить из условия постоянства объема деформируемой заготовки.

Действительно, V заг = V пок , т.е.:

π d 2 заг h заг = π D 2 пок h пок = π D 2 пок (h заг – h 2),

Тогда, разрешая полученное выше равенство относительно h 2, получим:

= (1 — ),

где: d заг – диаметр заготовки;

h заг – высота заготовки;

D пок – диаметр поковки;

h пок – высота поковки;

h 2 – максимально возможный ход инструмента.

Понятно, что превышение ходом инструмента величины h 2 крайне нежелательно, так как это приведет к резкому возрастанию усилия осадки за счет контакта инструмента по оснастке и возможному выходу из строя и инструмента и оснастки.

Если же осаживается по высоте только часть заготовки (деформацией охвачена не вся заготовка), то такую разновидность этой операции называют высадкой(рис. 3).

Высадка также бывает открытой и закрытой в зависимости от отсутствия или нали-чия «сдерживающих» поверхностей инструмента в деформируемой части заготовки.

Деформация при осадке и высадке (для деформируемой части заготовки) описыва-ется величиной высотного обжатия ε, определяемого по формуле:

ε = — 1,

где: h 0 — исходная высота заготовки;

h 1 – конечная высота поковки после осадки.

Деформацию при осадке или высадке также можно выразить через величину укова Y, определяемую как:

где: F 1 – наибольшая площадь поперечного сечения поковки;

F 0 – наименьшая площадь поперечного сечения исходной заготовки.

Чем больше величина укова, тем лучше прокован металл и тем выше его механи-ческие свойства после ковки.

Источник

Оборудование свободной ковки. Операции свободной ковки.

Ковка – вид горячей обработки металлов давлением, при котором металл деформируется с помощью универсального инструмента (бойка) путем его удара или нажатия. Нагретый металл укладывают на нижний боек, а верхним бойком последовательно деформируют металл на отдельных частях заготовки. Металл свободно течет в стороны, не ограниченные рабочими поверхностями инструмента (отсюда второе название – «свободная ковка»).

Ковкой получают заготовки для последующей механической обработки. Эти заготовки называют кованными поковками, или просто поковками.

В качестве исходной заготовки для ковки используются слитки массой до 320 т, а также прокат квадратного, круглого или прямоугольного сечения. Крупные слитки имеют многогранное сечение (6 – 12 граней), слитки небольшого веса (до 2 – 3 т), особенно из легированных сталей, имеют круглое или квадратное сечение. По форме слитки подразделяются на малоприбыльные; бесприбыльные (из таких слитков изготавливают поковки типа труб, колец, венцов шестерен, пустотелых валов и.т.п.); полые, используемые для изготовления поковок баллонов и труб, испытывающих высокие давления (полые слитки из легированных сталей); удлиненные, обычно используемые для изготовления относительно длинных осей, валов и др., поковок подобного типа.

Ковка является единственно возможным способом изготовления тяжелых поковок (до 250 т и более) типа валов гидрогенераторов, турбинных дисков, коленчатых валов судовых двигателей, валков прокатных станов и.т.п. Ковку подразделяют на ручную и машинную. Ручной ковкой получают мелкие поковки в единичном производстве и при ремонтных работах с помощью наковальни и кувалды. Машинная ковка производится на молотах и гидравлических прессах.

Величина деформации при свободной ковке может быть выражена либо относительным изменением площадей поперечного сечения , либо коэффициентом уковки , где – большая площадь поперечного сечения; – меньшая площадь поперечного сечения.

При ковке (прокатке) литого металла первичные кристаллы (дендриты) дробятся и вытягиваются в направлении наибольшей деформации; т.е. при этом идут те же процессы и явления, что и при прокатке (образование волокнистой структуры, анизотропия свойств; заваривание пузырей, трещин, пор и т.п.). Практикой установлено, что для получения качественных поковок из конструкционных сталей коэффициент уковки для слитков должен превышать 2, 5, 3, а для проката не менее 1,1-1,3. В тех случаях, когда производится ковка сталей карбидного класса, например, быстрорежущей или инструментальной стали марки X12M, в которых содержатся трудноразрушаемые карбиды и ледобуритная эвтектика, коэффициент уковки для слитков должен приниматься не менее 10-12.

Процесс ковки состоит из чередования в определенной последовательности основных и вспомогательных операций. К основным операциям ковки относится (рис.3.14): осадка, протяжка, прошивка, отрубка, гибка, скручивание.

Осадка – операция увеличения площади поперечного сечения исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты. Применяется для изготовления шестерен, дисков и т.п., а также как предварительная операция при изготовлении пустотелых поковок типа колец, барабанов, и т. п.

Разновидность осадки – высадка – заключается в местном увеличении поперечного сечения. Применяется для получения головок болтов, буртов, фланцев и т. п.

Протяжка (вытяжка) – операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения. Производится последовательными ударами или нажатием на отдельные участки заготовки, примыкающие один к другому.

При деформации заготовки образуется выпучивание ее граней, не соприкасающихся с бойками. Для устранения этого явления в процессе вытяжки заготовку периодически или после каждого удара (нажима) кантуют (поворачивают) на 90о вокруг ее оси. При протяжке на плоских бойках в центре изделия могут возникнуть (особенно при протяжке круглого сечения) значительные растягивающие напряжение, приводящие к образованию осевых трещин.

Читайте также:  Сокращенное опробование тормозов в грузовых поездах

При протяжке в вырезанных бойках силы, направленные с четырех сторон, к осевой линии заготовки, способствуют более равномерному течению металла и устранению возможности образование осевых трещин.

Рис.3.14. Операции при ковке: осадка (а), высадка (б), протяжка (в), прошивка (г).

К разновидностям протяжки относится:

Разгонка – операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины.

Протяжка с оправкой – операция увеличение длины пустотелой заготовки за счет уменьшение толщины ее стенок.

Протягивают к расширяющемуся концу оправки, что облегчает ее удаление из поковки.

Раскатка на оправке – операция одновременного увеличения наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок.

Прошивка – операция получения в заготовке за счет вытеснения металла сквозных отверстий или углублений (глухая прошивка) с помощью прошивня, диаметр которого, примерно равен половине или одной трети наружного диаметра заготовки. При большом диаметре прошивня заготовка искажается.

Отрубка (рубка) – операция отделения части заготовки по незамкнутому контору путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента топора.

Гибка – операция предания заготовке изогнутой формы по заданному контору. Гибкой получают угольники, скобы, крючки, кронштейны и т. п.

Скручивание – операция, посредством которой часть заготовки поворачивается вокруг продольной оси. Применяется при развороте колен коленчатых валов, при изготовлении сверл и т.п. При скручивании обычно одну часть заготовки зажимают между бойками, другую разворачивают с помощью различных приспособлений – воротков, ключей, лебедок.

При изготовлении небольшой партии лебедок с относительно сложной конфигурации (головки гаечных ключей, головки болтов, диски со ступицей, втулки с буртом и др.) применяют штамповку в подкладных штампах.

При осадке, протяжке и др. кузнечных операциях в очаге деформации наблюдается неравномерное формоизменение. Последнее проявляется в бочкообразности осаживаемой заготовки, принятым квадратной исходной формы близкой к круглой и т.д. При равномерной осадке, когда силы трения между поверхностями заготовки и бойков пренебрежимо малы, исходная заготовка сохраняет форму поперечного сечения, например, прямоугольную (рис.3.15а).

В действительности на поверхностях контакта металла и инструмента действуют подпирающие силы трения, которые обусловливают переход от линейного напряженного состояния к объёмному. При этом каждая точка деформируемого тела перемещается в горизонталь, плоскости в том направлении, в котором создается наименьшее сопротивление ее перемещению со стороны контактных сил трения. Тормозящее действие этих сил проявляется тем сильнее, чем больше протяженность контакта инструмента и деформируемого тела в данном направлении.

В этом состоит сущность закона наименьшего сопротивления, сформированного С.Н. Губкиным: в случае возможности перемещения точек деформируемого тела в различных направлениях, каждая точка деформируемого тела в различных перемещается в направлении наименьшего сопротивления. Направление наименьшего сопротивления является направление кратчайшей нормали из этой точки к периметру сечения. Для точки (а) на рисунке направление кратчайшей нормали к периметру – по стрелке 1. Направления 2, 3, 4 и любое другое имеют большую протяженность к периметру. Благодаря такому характеру течения металла в начальный период осаживании в горизонтальной плоскости появятся области течения с условными линиями раздела, образуемые биссектрисами углов . Соответственно точка b будет перемещаться при осадке не по линии раздела, а по стрелке. Следствием такого характера течение металла при осадке является то, что квадратное сечение превращается в круглое, а прямоугольное – в эллиптическое (рис.3.15, б). Если продолжить осадку заготовки эллиптического сечения, то оно также будет превращаться в круглое сечение. Превращение при осадке прямоугольного или эллиптического профиля в круглое сечение характерно для любой формы профиля. Это положение называют правилом наименьшего периметра при осаживании. При больших степенях осадки угол наклона линии раздела , где arcctg .

Рис.3.15. Осадка заготовок прямоугольного и квадратного сечений при отсутствии сил трения (а) и при наличии больших сил трения (б).

Описанный характер течения металла используют при протяжке заготовки плоскими или выпуклыми бойками, когда уменьшением подачи достигают увеличение длины поковки. Для этого при протяжке пользуются узкими бойками – давление возрастает, а значит, возрастают силы трения, и материал будет течь главным образом в длину.

Машинную ковку производят на ковочных молотах или ковочных прессах.

Молоты – машины динамического (ударного) действия. Продолжительность деформации в них составляет тысячные доли секунд. Основная характеристика молотов – масса их подающих частей. Энергия, накопленная подающими частями (поршень, шток, баба, в которой крепится верхний баек) тратится на деформацию заготовки (пластическую и упругую) и колебание шабота – детали молота, на которую устанавливают нижний боек (рис.3.16). Чем больше масса шабота для ковочных молотов, тем выше их к.п.д., обычно масса шабота в 12 – 15 раз больше массы подающих частей, что обеспечивает к.п.д. равный 0,8-0,9.

Рис.3.16. Схема молота для ковки.

Различают следующие виды молотов:

1. Пневматические. Применяются для ковки мелких поковок (массой до 20 кг), их изготавливают с массой падающих частей 50-1000 кг. Частота ударов верхнего бойка 95 – 210 мин-1. Можно наносить удары регулируемой энергии, осуществлять силовой прижим поковки к нижнему бойку и держать бабу на весу.

2. Паровоздушные. Применяют для изготовления поковок средней массы (20-350 кг); масса падающих частей 1000…8000 кг. Приводится в движение паром или сжатым воздухом. Могут совершать удары регулируемой энергии, прижимать поковки между бойками и удерживать бабу на весу.

Прессы – машины статического действия, продолжительность деформации у них может составлять от единицы до десятков секунд. Для ковки применяют гидравлические прессы, в которых усилие создается с помощью жидкости (водной эмульсии или минерального масла) высокого давления (20-30 МН/м2), подаваемой в рабочий цилиндр. Основная характеристика пресса – наибольшее усилие, развиваемое плунжером. Для изготовления крупных поковок из слитков применяются ковочные гидравлические прессы усилием 5-100 МН.

Кроме массы поковки на выбор того или иного оборудования оказывает влияние химический состав деформируемого металла. Такие металлы как высоколегированные стали (особенно инструментальные), жаропрочные и некоторые цветные сплавы обладают низкими скоростями рекристаллизации и пониженной пластичностью, поэтому не допускают большой скорости деформации. При ковке таких металлов рекомендуется применять прессы, а не молоты. При большой массе поковки из-за динамического характера деформирования пластическую деформации получают только верхние слои, внутренние слои (вследствие затухание ударных волн) остаются не деформированными.

Технологический процесс свободной ковки состоит из следующих операций:

1) Подготовки исходного металла (осуществление в заготовленном отделении цеха, при этом удаляются поверхностные дефекты, резка заготовки на мерные длины);

2) Нагрева металла перед ковкой;

3) Собственно ковки;

4) Отделки поковки (удаления поверхностных дефектов; очистки от окалины, шлака и песка; отжига или нормализации).

Разработка технологического процесса ковки включает:

а) Составление чертежа поковки;

б) Расчет размеров и веса заготовки;

в) Выбор кузнечных операций и установление их последовательности с указанием необходимого основного и вспомогательного инструмента и приспособлений;

г) Выбор печи для нагрева;

д) Установление режимов нагрева, охлаждения, промежуточной термообработке, если требуется;

е) Выбор кузнечного оборудования и его мощности:

ж) Определение состава кузнечной бригады и норм выработки.

Чертеж поковки составляют на основании разработанного конструктором чертежа готовой детали припусков, допусков и напусков.

Припуск – предусмотренное превышение размеров поковки против номинальных размеров детали, обеспечивающее после обработки резанием требуемые чертежом размеры детали и чистоту ее поверхности. Величина припуска определяется размером детали, ее конфигурацией и типом применяемого ковочного оборудования и др. факторов.

Допуск – допустимое отклонение от номинального размера поковки, т.е. разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами поковки.

Напуск – увеличение припуска, упрощающее конфигурацию поковки ввиду невозможности или нерентабельности изготовления поковки по контуру детали.

Припуск, допуск, напуск назначают в строгом соответствии с ГОСТ.

Расчет заготовки включает в себя определение объема слитка , его массы , среднего поперечного сечения и длины заготовки . Объем заготовки определяют из следующих уравнений:

в случае заготовки-слитка:

а в случае заготовки из проката

где – объем поковки; – объем прибыльной части, поставляющей 20 – 30 % от объема слитка; – объем донной части, составляющий 5 – 10 % от объема слитка; – объем обсечек, равный 5 – 8 от объема слитка для простых поковок и 20 – 30 % для сложных поковок; – угар металла, равный 2 – 3 % от объема слитка при первом нагреве, а при последующих нагревах 1 – 1,5%.

Вес (массы) заготовки определяют с учетом плотности металла.

Площадь поперечного сечения заготовки определяют по заданному коэфффициенту уковки:

где у (для слитка) или в случае заготовки из проката.

Длина заготовки определяется по формуле

Для ковки оборудование выбирают в зависимости от режима ковки данного металла или сплава, массы поковки и ее конфигурации. Аналитический расчет необходимой мощности оборудования во многих случаях – сложный вопрос, поэтому часто используют приближенную формулу и таблицы из справочников.

Последовательность операций устанавливают в зависимости от конфигурации поковки и технических требований на неё, от вида заготовки (слиток, прокат).

Технологические требования к деталям, получаемым из кованных поковок сводятся главным образом к тому, чтобы форма поковок должна быть наиболее простой, очерченной цилиндрическими поверхностями и плоскостями. Следует избегать в поковках конических и клиновых форм. Надо учитывать трудность выполнения ковкой участков пресечение цилиндрических поверхностей между собой и с призматическими поверхностями. В поковках необходимо избегать ребристых сечений, бобышек, выступов и т.п., так как эти элементы ковкой изготовить в большинстве случаев невозможно. В местах сложной конфигурации приходится прибегать к напускам в целях упрощения конфигурации поковки, что вызывает удорожание детали. Необходимо стремиться, чтобы конфигурация поковки позволяла получить при ковке наиболее благоприятное расположение волокон.

Дата добавления: 2018-05-12 ; просмотров: 1128 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Свободная ковка: особенности процесса, оборудование и инструмент

К основным операциям свободной ковки относятся:

  • осадка;
  • вытяжка;
  • гибка;
  • кручение;
  • рубка;
  • прошивка и штамповка в подкладных штампах.

Осадкой металла называется операция увеличение площади поперечного сечения исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты (рис. 7.4, а). Осадка применяется при изготовлении поковок с большими поперечными сечениями и относительно малой высотой (шестерни, диски и т.п.). При изготовлении пустотелых поковок типа колец, барабанов и подобных им, осадка применяется как предыдущая операция. Разновидностью осадки является высадка, заключающийся в местном увеличении поперечного сечения (рис. 7.4, б). Высадка обычно применяется для получения головок болтов, буртов, фланцев и т.п.

При изготовлении в условиях мелкосерийного производства партии поковок с относительно сложным контуром, что трудно выполнить вышеперечисленными операциями, применяется так называемая штамповка в подкладных штампах (рис. 7.4, г). В подкладных штампах могут изготавливаться головки гаечных ключей, головки болтов, валики с буртиками и другие поковки.

Вытяжка металла

Вытяжкой называется операция увеличения длины исходной заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения (рис. 7.4, в). Вытяжка применяется при изготовлении поковок с удлиненной осью (валков, рычагов, шатунов, тяг и т.п.) и является самой распространенной операцией ковки. Она осуществляется последовательными ударами или нажатиями на отдельные участки заготовки, примыкающие один к другому. При деформации заготовки образуется выпучивание ее граней, которые не сталкиваются с бойками. Для устранения этого явления в процессе вытяжки заготовку периодически или после каждого удара (нажима) кантуют (возвращают) на 90° вокруг ее оси.

На интенсивность вытяжки влияет ширина и форма применяемых бойков, состояние их поверхности и длина деформируемых участков заготовки. Чем выше чистота поверхности бойков, чем меньше их ширина и чем меньше длина деформируемых участков заготовки, тем интенсивнее вытяжка. Интенсивность вытяжки увеличивается при использовании вырезных бойков вместо плоских. Последовательное чередование вытяжки и осадки позволяет значительно снизить анизотропию механических свойств.

Разновидностями вытяжки являются:

  • раскатка (раздача);
  • разгон (расширение) и т.п.

Вытяжка на оправке представляет собой операцию увеличения длины пустотелой поковки за счет уменьшения ее внешнего диаметра и толщины стенок. Эта операция применяется при изготовлении пустотелых поковок типа орудийных стволов, котельных барабанов, турбинных роторов и др.. Этой операции подвергаются предварительно прошитые заготовки, которые надеваются на оправку и обжимаются, как сплошные заготовки, с помощью вырезных или плоских бойков.

Рисунок. 7.4. Схемы основных операций свободной ковки

На рис. 7.4 изображена вытяжка трубы на оправке с помощью вырезного и плоского бойков. Раскатка на оправке (раздача) представляет собой операцию увеличения внешнего и внутреннего диаметров пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок (рис. 7.4, д) и применяются при изготовлении колец, бандажей, барабанов и т.п.

Ковка (свободная ковка)

Ковка – вид горячей обработки металлов давлением, при котором металл деформируется с помощью универсального инструмента (бойка) путем его удара или нажатия. Нагретый металл укладывают на нижний боек, а верхним бойком последовательно деформируют металл на отдельных частях заготовки. Металл свободно течет в стороны, не ограниченные рабочими поверхностями инструмента (отсюда второе название – «свободная ковка»).

Ковкой получают заготовки для последующей механической обработки. Эти заготовки называют кованными поковками, или просто поковками.

В качестве исходной заготовки для ковки используются слитки массой до 320 т, а также прокат квадратного, круглого или прямоугольного сечения. Крупные слитки имеют многогранное сечение (6 – 12 граней), слитки небольшого веса (до 2 – 3 т), особенно из легированных сталей, имеют круглое или квадратное сечение. По форме слитки подразделяются на малоприбыльные; бесприбыльные (из таких слитков изготавливают поковки типа труб, колец, венцов шестерен, пустотелых валов и.т.п.); полые, используемые для изготовления поковок баллонов и труб, испытывающих высокие давления (полые слитки из легированных сталей); удлиненные, обычно используемые для изготовления относительно длинных осей, валов и др., поковок подобного типа.

Читайте также:  Особенности построения фармацевтического производства

Ковка является единственно возможным способом изготовления тяжелых поковок (до 250 т и более) типа валов гидрогенераторов, турбинных дисков, коленчатых валов судовых двигателей, валков прокатных станов и.т.п. Ковку подразделяют на ручную и машинную. Ручной ковкой получают мелкие поковки в единичном производстве и при ремонтных работах с помощью наковальни и кувалды. Машинная ковка производится на молотах и гидравлических прессах.

Величина деформации при свободной ковке может быть выражена либо относительным изменением площадей поперечного сечения , либо коэффициентом уковки , где – большая площадь поперечного сечения; – меньшая площадь поперечного сечения.

При ковке (прокатке) литого металла первичные кристаллы (дендриты) дробятся и вытягиваются в направлении наибольшей деформации; т.е. при этом идут те же процессы и явления, что и при прокатке (образование волокнистой структуры, анизотропия свойств; заваривание пузырей, трещин, пор и т.п.). Практикой установлено, что для получения качественных поковок из конструкционных сталей коэффициент уковки для слитков должен превышать 2, 5, 3, а для проката не менее 1,1-1,3. В тех случаях, когда производится ковка сталей карбидного класса, например, быстрорежущей или инструментальной стали марки X12M, в которых содержатся трудноразрушаемые карбиды и ледобуритная эвтектика, коэффициент уковки для слитков должен приниматься не менее 10-12.

Процесс ковки состоит из чередования в определенной последовательности основных и вспомогательных операций. К основным операциям ковки относится (рис.3.14): осадка, протяжка, прошивка, отрубка, гибка, скручивание.

Осадка – операция увеличения площади поперечного сечения исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты. Применяется для изготовления шестерен, дисков и т.п., а также как предварительная операция при изготовлении пустотелых поковок типа колец, барабанов, и т. п.

Разновидность осадки – высадка – заключается в местном увеличении поперечного сечения. Применяется для получения головок болтов, буртов, фланцев и т. п.

Протяжка (вытяжка) – операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения. Производится последовательными ударами или нажатием на отдельные участки заготовки, примыкающие один к другому.

При деформации заготовки образуется выпучивание ее граней, не соприкасающихся с бойками. Для устранения этого явления в процессе вытяжки заготовку периодически или после каждого удара (нажима) кантуют (поворачивают) на 90о вокруг ее оси. При протяжке на плоских бойках в центре изделия могут возникнуть (особенно при протяжке круглого сечения) значительные растягивающие напряжение, приводящие к образованию осевых трещин.

При протяжке в вырезанных бойках силы, направленные с четырех сторон, к осевой линии заготовки, способствуют более равномерному течению металла и устранению возможности образование осевых трещин.

Рис.3.14. Операции при ковке: осадка (а), высадка (б), протяжка (в), прошивка (г).

К разновидностям протяжки относится:

Разгонка – операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины.

Протяжка с оправкой – операция увеличение длины пустотелой заготовки за счет уменьшение толщины ее стенок.

Протягивают к расширяющемуся концу оправки, что облегчает ее удаление из поковки.

Раскатка на оправке – операция одновременного увеличения наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок.

Прошивка – операция получения в заготовке за счет вытеснения металла сквозных отверстий или углублений (глухая прошивка) с помощью прошивня, диаметр которого, примерно равен половине или одной трети наружного диаметра заготовки. При большом диаметре прошивня заготовка искажается.

Отрубка (рубка) – операция отделения части заготовки по незамкнутому контору путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента топора.

Гибка – операция предания заготовке изогнутой формы по заданному контору. Гибкой получают угольники, скобы, крючки, кронштейны и т. п.

Скручивание – операция, посредством которой часть заготовки поворачивается вокруг продольной оси. Применяется при развороте колен коленчатых валов, при изготовлении сверл и т.п. При скручивании обычно одну часть заготовки зажимают между бойками, другую разворачивают с помощью различных приспособлений – воротков, ключей, лебедок.

При изготовлении небольшой партии лебедок с относительно сложной конфигурации (головки гаечных ключей, головки болтов, диски со ступицей, втулки с буртом и др.) применяют штамповку в подкладных штампах.

При осадке, протяжке и др. кузнечных операциях в очаге деформации наблюдается неравномерное формоизменение. Последнее проявляется в бочкообразности осаживаемой заготовки, принятым квадратной исходной формы близкой к круглой и т.д. При равномерной осадке, когда силы трения между поверхностями заготовки и бойков пренебрежимо малы, исходная заготовка сохраняет форму поперечного сечения, например, прямоугольную (рис.3.15а).

В действительности на поверхностях контакта металла и инструмента действуют подпирающие силы трения, которые обусловливают переход от линейного напряженного состояния к объёмному. При этом каждая точка деформируемого тела перемещается в горизонталь, плоскости в том направлении, в котором создается наименьшее сопротивление ее перемещению со стороны контактных сил трения. Тормозящее действие этих сил проявляется тем сильнее, чем больше протяженность контакта инструмента и деформируемого тела в данном направлении.

В этом состоит сущность закона наименьшего сопротивления, сформированного С.Н. Губкиным: в случае возможности перемещения точек деформируемого тела в различных направлениях, каждая точка деформируемого тела в различных перемещается в направлении наименьшего сопротивления. Направление наименьшего сопротивления является направление кратчайшей нормали из этой точки к периметру сечения. Для точки (а) на рисунке направление кратчайшей нормали к периметру – по стрелке 1. Направления 2, 3, 4 и любое другое имеют большую протяженность к периметру. Благодаря такому характеру течения металла в начальный период осаживании в горизонтальной плоскости появятся области течения с условными линиями раздела, образуемые биссектрисами углов . Соответственно точка b будет перемещаться при осадке не по линии раздела, а по стрелке. Следствием такого характера течение металла при осадке является то, что квадратное сечение превращается в круглое, а прямоугольное – в эллиптическое (рис.3.15, б). Если продолжить осадку заготовки эллиптического сечения, то оно также будет превращаться в круглое сечение. Превращение при осадке прямоугольного или эллиптического профиля в круглое сечение характерно для любой формы профиля. Это положение называют правилом наименьшего периметра при осаживании. При больших степенях осадки угол наклона линии раздела , где arcctg .

Рис.3.15. Осадка заготовок прямоугольного и квадратного сечений при отсутствии сил трения (а) и при наличии больших сил трения (б).

Описанный характер течения металла используют при протяжке заготовки плоскими или выпуклыми бойками, когда уменьшением подачи достигают увеличение длины поковки. Для этого при протяжке пользуются узкими бойками – давление возрастает, а значит, возрастают силы трения, и материал будет течь главным образом в длину.

Машинную ковку производят на ковочных молотах или ковочных прессах.

Молоты – машины динамического (ударного) действия. Продолжительность деформации в них составляет тысячные доли секунд. Основная характеристика молотов – масса их подающих частей. Энергия, накопленная подающими частями (поршень, шток, баба, в которой крепится верхний баек) тратится на деформацию заготовки (пластическую и упругую) и колебание шабота – детали молота, на которую устанавливают нижний боек (рис.3.16). Чем больше масса шабота для ковочных молотов, тем выше их к.п.д., обычно масса шабота в 12 – 15 раз больше массы подающих частей, что обеспечивает к.п.д. равный 0,8-0,9.

Рис.3.16. Схема молота для ковки.

Различают следующие виды молотов:

1. Пневматические. Применяются для ковки мелких поковок (массой до 20 кг), их изготавливают с массой падающих частей 50-1000 кг. Частота ударов верхнего бойка 95 – 210 мин-1. Можно наносить удары регулируемой энергии, осуществлять силовой прижим поковки к нижнему бойку и держать бабу на весу.

2. Паровоздушные. Применяют для изготовления поковок средней массы (20-350 кг); масса падающих частей 1000…8000 кг. Приводится в движение паром или сжатым воздухом. Могут совершать удары регулируемой энергии, прижимать поковки между бойками и удерживать бабу на весу.

Прессы – машины статического действия, продолжительность деформации у них может составлять от единицы до десятков секунд. Для ковки применяют гидравлические прессы, в которых усилие создается с помощью жидкости (водной эмульсии или минерального масла) высокого давления (20-30 МН/м2), подаваемой в рабочий цилиндр. Основная характеристика пресса – наибольшее усилие, развиваемое плунжером. Для изготовления крупных поковок из слитков применяются ковочные гидравлические прессы усилием 5-100 МН.

Кроме массы поковки на выбор того или иного оборудования оказывает влияние химический состав деформируемого металла. Такие металлы как высоколегированные стали (особенно инструментальные), жаропрочные и некоторые цветные сплавы обладают низкими скоростями рекристаллизации и пониженной пластичностью, поэтому не допускают большой скорости деформации. При ковке таких металлов рекомендуется применять прессы, а не молоты. При большой массе поковки из-за динамического характера деформирования пластическую деформации получают только верхние слои, внутренние слои (вследствие затухание ударных волн) остаются не деформированными.

Технологический процесс свободной ковки состоит из следующих операций:

1) Подготовки исходного металла (осуществление в заготовленном отделении цеха, при этом удаляются поверхностные дефекты, резка заготовки на мерные длины);

2) Нагрева металла перед ковкой;

3) Собственно ковки;

4) Отделки поковки (удаления поверхностных дефектов; очистки от окалины, шлака и песка; отжига или нормализации).

Разработка технологического процесса ковки включает:

а) Составление чертежа поковки;

б) Расчет размеров и веса заготовки;

в) Выбор кузнечных операций и установление их последовательности с указанием необходимого основного и вспомогательного инструмента и приспособлений;

г) Выбор печи для нагрева;

д) Установление режимов нагрева, охлаждения, промежуточной термообработке, если требуется;

е) Выбор кузнечного оборудования и его мощности:

ж) Определение состава кузнечной бригады и норм выработки.

Чертеж поковки составляют на основании разработанного конструктором чертежа готовой детали припусков, допусков и напусков.

Припуск – предусмотренное превышение размеров поковки против номинальных размеров детали, обеспечивающее после обработки резанием требуемые чертежом размеры детали и чистоту ее поверхности. Величина припуска определяется размером детали, ее конфигурацией и типом применяемого ковочного оборудования и др. факторов.

Допуск – допустимое отклонение от номинального размера поковки, т.е. разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами поковки.

Напуск – увеличение припуска, упрощающее конфигурацию поковки ввиду невозможности или нерентабельности изготовления поковки по контуру детали.

Припуск, допуск, напуск назначают в строгом соответствии с ГОСТ.

Расчет заготовки включает в себя определение объема слитка , его массы , среднего поперечного сечения и длины заготовки . Объем заготовки определяют из следующих уравнений:

в случае заготовки-слитка:

а в случае заготовки из проката

где – объем поковки; – объем прибыльной части, поставляющей 20 – 30 % от объема слитка; – объем донной части, составляющий 5 – 10 % от объема слитка; – объем обсечек, равный 5 – 8 от объема слитка для простых поковок и 20 – 30 % для сложных поковок; – угар металла, равный 2 – 3 % от объема слитка при первом нагреве, а при последующих нагревах 1 – 1,5%.

Вес (массы) заготовки определяют с учетом плотности металла.

Площадь поперечного сечения заготовки определяют по заданному коэфффициенту уковки:

где у (для слитка) или в случае заготовки из проката.

Длина заготовки определяется по формуле

Для ковки оборудование выбирают в зависимости от режима ковки данного металла или сплава, массы поковки и ее конфигурации. Аналитический расчет необходимой мощности оборудования во многих случаях – сложный вопрос, поэтому часто используют приближенную формулу и таблицы из справочников.

Последовательность операций устанавливают в зависимости от конфигурации поковки и технических требований на неё, от вида заготовки (слиток, прокат).

Технологические требования к деталям, получаемым из кованных поковок сводятся главным образом к тому, чтобы форма поковок должна быть наиболее простой, очерченной цилиндрическими поверхностями и плоскостями. Следует избегать в поковках конических и клиновых форм. Надо учитывать трудность выполнения ковкой участков пресечение цилиндрических поверхностей между собой и с призматическими поверхностями. В поковках необходимо избегать ребристых сечений, бобышек, выступов и т.п., так как эти элементы ковкой изготовить в большинстве случаев невозможно. В местах сложной конфигурации приходится прибегать к напускам в целях упрощения конфигурации поковки, что вызывает удорожание детали. Необходимо стремиться, чтобы конфигурация поковки позволяла получить при ковке наиболее благоприятное расположение волокон.

Гибка (гнутье) металла

Гибкой называется операция, с помощью которой заготовки придают изогнутую форму по заданному контуру (рис. 7.4, е). Этой операцией изготавливаются угольники, скобы, крючки, кронштейны и т.п. При сгибании происходит изменение площади поперечного сечения заготовки в зоне изгиба вследствии сжатия внутренних и растяжения внешних ее слоев, называемое стяжкой.

Для компенсации стяжки в месте изгиба заготовки предоставляют увеличенный размер по толщине. При изгибе возможно образование складок по внутреннему контуру и трещин по наружному. Чтобы избежать этого явления подбирают соответствующий радиус закругления и угол изгиба. Кроме заготовок сплошного профиля сгибанию могут подвергаться также трубы, для чего последние наполняются песком и плотно забиваются с обеих сторон пробками.

Источник