Технологический процесс ковки металла

Характеристика технологического процесса ковки

Лекция №21

Определение ковки

Ковка– способ обработки давлением, при котором деформирование нагретого (реже холодного) металла осуществляется или многократными ударами молота или однократным давлением пресса.

Формообразование при ковке происходит за счет пластического течения металла в направлениях, перпендикулярных к движению деформирующего инструмента. При свободной ковке течение металла ограничено частично, трением на контактной поверхности деформируемый металл – поверхность инструмента: бойков плоских или фигурных, подкладных штампов. Ковкой получают разнообразные поковки массой до 300 т.

Первичной заготовкой для поковок являются:

— слитки, для изготовления массивных крупногабаритных поковок;

— прокат сортовой горячекатаный простого профиля (круг, квадрат).

Ковка может производиться в горячем и холодном состоянии.

Холодной ковке поддаются драгоценные металлы – золото, серебро; а также медь. Технологический процесс холодной ковки состоит из двух чередующихся операций: деформации металла и рекристаллизационного отжига. В современных условиях холодная ковка встречается редко, в основном в ювелирном производстве.

Горячая ковка применяется для изготовления различных изделий, а также инструментов: чеканов, зубил, молотков и т.п.

Основные операции при проведении ковки

Осадка– операция обработки давлением, в результате которой уменьшается высота и одновременно увеличиваются поперечные размеры заготовок (рис. 37).

Осадку применяют для получения формы поковки, с целью уменьшения глубины прошивки, для обеспечения соответствующего расположения волокон в будущей детали (при изготовлении шестерней обеспечивается повышенная прочность зубьев в результате радиального расположения волокон), как контрольную операцию (из-за значительной деформации по периметру на боковой поверхности вскрываются дефекты).

Рис. 37. Схемы осадки и ее разновидностей

Протяжка (вытяжка) – кузнечная операция, в результате которой происходит увеличение длины заготовки за счет уменьшения площади ее поперечного сечения.

Протяжка не только изменяет форму заготовок, но и улучшает качество металла. Операция заключается в нанесении последовательных ударов и перемещении заготовки, при этом между бойками во время удара находится только часть заготовки. После каждого обжатия заготовка продвигается на величину, меньшую, чем длина бойка (рис.38. а, б).

Рис. 38. Схемы протяжки и ее разновидностей.

а, б – нанесение последовательных ударов и перемещение заготовки при протяжке (вытяжке); в – разгонка (расплющивание); г – протяжка на оправке; д – раскатка на оправке.

Разгонка (расплющивание) – операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины (рис. 38. в). Операция выполняется за счет перемещения инструмента в направлении, перпендикулярном оси заготовки.

Протяжка на оправке – операция увеличения длины пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенки и уменьшения наружного диаметра (рис. 38. г).

Протяжку выполняют в вырезных бойках (или нижнем вырезном 3и верхнем плоском 2) на слегка конической оправке 1. Протягивают в одном направлении – к расширяющемуся концу оправки, что облегчает ее удаление из поковки. Оправку предварительно нагревают до температуры 160…200 0 С.

Раскатка на оправке – операция одновременного увеличения наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок (рис. 38. д). Заготовка 5 опирается внутренней поверхностью на цилиндрическую оправку 6, устанавливаемую концами на подставках 7, и деформируется между оправкой и узким длинным бойком 4. После каждого обжатия заготовку поворачивают относительно оправки.

Протяжку с оправкой и раскатку на оправке часто применяют совместно. Вначале раскаткой уничтожают бочкообразность предварительно осаженной и прошитой заготовки и доводят ее внутренний диаметр до требуемых размеров. Затем протяжкой с оправкой уменьшают толщину стенок и увеличивают до заданных размеров длину заготовки.

Прошивка– операция получения в заготовке сквозных или глухих отверстий за счет вытеснения металла (рис. 39).

Рис. 39. Схемы прошивки (а, б), гибки (в), штамповки в подкладных штампах (г).

Инструментом для прошивки служат прошивни сплошные и пустотелые. Пустотелые прошивают отверстия большого диаметра (400…900 мм). При сквозной прошивке сравнительно тонких поковок применяют подкладные кольца (рис. 39. б). Более толстые поковки прошивают с двух сторон без подкладного кольца (рис. 39. а). Диаметр прошивня выбирают не более половины наружного диаметра заготовки, при большем диаметре прошивня заготовка значительно искажается. Прошивка сопровождается отходом (выдрой).

Гибка – операция придания заготовке или ее части изогнутой формы по заданному контуру (рис. 39. в). Гибка сопровождается искажением первоначальной формы поперечного сечения заготовки и уменьшением его площади в месте изгиба (утяжка). Для компенсации утяжки в зоне изгиба заготовке придают увеличенные поперечные размеры. При гибке возможно образование складок по внутреннему контуру и трещин по наружному. Для избежания этого явления по заданному углу изгиба подбирают соответствующий радиус скругления. Радиус в месте изгиба не должен быть меньше полутора толщин заготовки. Этой операцией получают угольники, скобы, крючки, кронштейны.

Оборудование для ковки

В качестве оборудования применяются ковочные молоты и ковочные прессы. Оборудование выбирают в зависимости от режима ковки данного металла или сплава, массы поковки и ее конфигурации. Необходимую мощность оборудования определяют по приближенным формулам или справочным таблицам.

Молоты – машины динамического ударного действия. Продолжительность деформации на них составляет тысячные доли секунды. Металл деформируется за счет энергии, накопленной падающими частями молота к моменту их соударения с заготовкой. Часть энергии теряется на упругие деформации инструмента и колебания шабота – детали, на которую устанавливают нижний боек. Чем больше масса шабота, тем выше КПД. Обычно масса шабота в 15 раз превышает массу падающих частей, что обеспечивает КПД на уровне 0,8…0,9.

Для получения поковок массой до 20 кг применяют ковочные пневматические молоты, работающие на сжатом воздухе. Сила удара определяется силой давления сжатого воздуха, и может регулироваться в широких пределах. Масса падающих частей составляет 50…1000 кг. Основные параметры молотов регламентируются ГОСТами.

Для получения поковок массой до 350 кг применяют ковочные паровоздушные молоты. Они приводятся в действие паром или сжатым воздухом давлением 0,7…0,9 МПа. Масса падающих частей составляет 1000…8000 кг. Параметры регламентируются ГОСТами.

Прессы ковочные гидравлические – машины статического действия. Продолжительность деформации составляет до десятков секунд. Металл деформируется приложением силы, создаваемой с помощью жидкости (водной эмульсии или минерального масла), подаваемой в рабочий цилиндр пресса. Выбираются прессы по номинальному усилию, которое составляет 5…100 МН. Применяют в основном для получения крупных заготовок из слитков.

Ковка

Основные операции и технологический процесс ковки

Ковкой называют процесс горячей обработки давлением, при котором путем многократного действия универсального подкладного инструмента или бойков металл заготовки пластически деформируется, постепенно приобретая заданные форму, размеры и свойства.

Ковкой получают поковки с массой от десятков граммов до сотен тонн для изготовления деталей машин резанием. Мелкие поковки с массой менее 50 кг и средние поковки с массой 50. 400 кг в единичном и мелкосерийном производстве изготовляют ковкой, поскольку прибегать к штамповке экономически нецелесообразно из-за высокой стоимости и длительности изготовления штампов. В качестве исходного материала используют слитки, блюмы и сортовой прокат.

Различают ковку ручную, применяемую иногда при мелких ремонтных работах и выполняемую с помощью наковальни и кувалды, и машинную, осуществляемую с помощью молотов и прессов.

Применяемый для обработки кузнечный инструмент разделяют по функциональному назначению на основной (рис. 4.20, а), т.е. непосредственно деформирующий металл, и вспомогательный (рис. 4.20, б), предназначенный для удержания заготовки и манипулирования ею в процессе ковки.

Основные операции ковки — осадка, протяжка, пробивка, прошивка, гибка, скручивание, отрубка и кузнечная сварка.

Осадка — уменьшение высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения (рис. 4.21, а). Осадку производят бойками или осадочными плитами. Заготовки, у которых отношение высоты к диаметру или меньшей стороне поперечного сечения больше 2,5, осаживать не рекомендуется во избежание продольного искривления. Осадку применяют для получения поковок с большими поперечными сечениями из заготовок меньшего поперечного сечения (поковки шестерен, дисков и т.п.), перед прошивкой отверстия или перед протяж-

Рис. 4.20. Инструмент, применяемый при ковке: а — основной (1 — бойки; 2 — обжимки; 3 — раскатки; 4 — топоры;

5 — прошивки); 6 — вспомогательный (1 — патрон; 2 — вилка; 3 — клещи)

кой для увеличения укова или размеров поковки. Высадка — осадка части заготовки (рис. 4.21, 6).

Протяжка (рис. 4.21, в) — удлинение заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения — осуществляется последовательными обжатиями отдельных примыкающих друг к другу

Рис. 4.21. Основные операции ковки:

а — осадка; б — высадка; в — протяжка; г — раскатка; д — протяжка на оправке; е — гибка; ж — скручивание; з — отрубка; и — пробивка; к — прошивка участков заготовки при ее подаче вдоль оси. Количество обжатий, осуществляемых последовательно до определенной толщины заготовки, называется проходом. Два последовательных обжатия с промежуточной кантовкой (поворотом) между ними па 90° называется переходом. Протяжку выполняют в верхнем и нижнем плоских, верхнем плоском и нижнем вырезном и в обоих вырезных бойках. Чем более закрытую форму калибра имеют бойки, тем интенсивнее удлинение.

К разновидностям протяжки относятся раскатка (рис. 4.21, г) и протяжка на оправке (рис. 4.21, Э). Раскатка — увеличение диаметра кольцевой заготовки при вращении за счет уменьшения ее толщины с помощью бойка и оправки. При раскатке ширина кольца несколько увеличивается. Инструментами для раскатки служат плоский боек, оправка и люнет. Протяжка на оправке — увеличение длины прошитой или просверленной заготовки за счет обжатия ее по обе стороны оправки двумя бойками (нижним вырезным и верхним плоским или обоими вырезными). При протяжке наружный диаметр и толщина стенки заготовки уменьшаются. Раскаткой изготовляют поковки колец, а протяжкой на оправке — поковки сосудов высокого давления, стволов орудий и т.д.

Гибка (рис. 4.21, е) — образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы. Гибку осуществляют с помощью различных опор, приспособлений и в подкладных штампах.

Скручивание (рис. 4.21, ж) — поворот части заготовки вокруг продольной оси. Осуществляют его с помощью крана валками, например, при развороте колеи коленчатых валов.

Отрубка (рис. 4.21, з) — полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в нее деформирующего инструмента. Осуществляется гонорами для удаления прибыльной и донной частей слитка, лишних концов поковки или для разделения длинной поковки на более короткие части.

Пробивка (рис. 4.21, и) — образование в заготовке отверстия с удалением материала в отход путем сдвига.

Прошивка (рис. 4.21, к) — получение полостей в заготовке за счет вытеснения материала. Она может выполняться как самостоятельная операция — продавливание отверстия либо как подготовительная — для последующей раскатки или протяжки заготовки на оправке. Отверстия диаметром до 500 мм пробивают сплошным прошивнем с применением подкладного кольца, а отверстия большего диаметра — полым прошивнем, применяя в случае высокой заготовки надставки. Часть металла, удаляемая в отход вместе с прошивнем, называется выдрой.

Кузнечная сварка — образование неразъемного соединения под действием давления в пластическом состоянии. В связи с развитием новых видов сварки эта операция применяется редко.

Технологический процесс ковки представляет собой совокупность операций, непосредственно связанных с изменением формы исходной заготовки, ее свойств и состояния, а также с транспортированием от момента поступления заготовки в обработку до получения поковки. При разработке технологического процесса ковки по чертежу детали составляют чертеж поковки с припусками и допусками (рис. 4.22, а), а иногда и с напусками (рис. 4.22, б).

Припуск — превышение размеров поковки над номинальными размерами детали, обеспечивающее после обработки резанием необходимые размеры и шероховатость поверхности детали. Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами поковки называют допуском. Напуск — это местное увеличение припуска, позволяющее упростить форму поковки для облегчения ковки.

По размерам поковки подсчитывают ее объем и массу. В зависимости от массы поковки выбирают вид заготовки — слиток или прокат. Массу слитка G_cn подсчитывают по формуле

где С_пок — масса поковки; С_пр — масса прибыльной части слитка; Сдон — масса донной части слитка; G_vr — масса металла на угар; G₀g — масса отхода на обсечки.

Рис. 4.22. Схема размеров поковки, припуска и напуска: а — размеры и припуск; б — припуск и напуск на заготовке

При расчете массы заготовки из проката можно пользоваться приведенной выше формулой, исключив из нее массы прибыльной и донной частей слитка.

Назначив величину укова, обеспечивающую требуемые механические свойства поковки, выбирают слиток или определяют размеры заготовки из проката. Для поковки, изготовляемой протяжкой, площадь поперечного сечения слитка или заготовки

где У — величина укова; F_l[OKmax — площадь максимального поперечного сечения поковки.

В зависимости от формы и сложности поковки выбирают необходимые операции ковки и рациональную последовательность их выполнения. Далее определяют нужные для ковки инструменты, приспособления, основное и вспомогательное оборудование. Исходя из марки стали назначают температурный интервал ковки, выбирают режимы нагрева слитка или заготовки и охлаждения поковки, а также нагревательную печь.

Технология свободной ковки

При изготовлении поковок любой формы и размеров пользуются предварительно разработанной технологией. Технологические процессы весьма разнообразны, но все они представляют различные сочетания основных кузнечных операций: осадка (высадка), вытяжка, прошивка, гибка, закручивание, рубка и кузнечная сварка.

Осадкой (рис. 129, а) называется операция, посредством которой увеличивают поперечное сечение исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты. Осадкой получают шестерни, фланцы, турбинные диски с большим поперечным сечением при относительно малой высоте из заготовок меньшего поперечного сечения. Осадку как предварительную операцию перед прошивкой применяют при изготовлении пустотелых поковок (кольца, барабаны), а иногда как предварительную операцию для уничтожения дендритной структуры слитка, повышения его качества, вскрытия пороков слитка перед его обработкой и для повышения степени уковки при последующей вытяжке.

Рис. 129. Схемы: а — осадки; б — вытяжки; в — вытяжки с оправкой; г — вытяжки на оправке.

Местная осадка, осуществляемая на части заготовки, называется высадкой. Примером высадки может служить операция получения головки болта из прутка диаметром, равным диаметру болта.

Вытяжкой (рис. 129, б) называют операцию, с помощью которой увеличивают длину заготовки за счет уменьшения поперечного сечения (валы прямые и с уступами, дышла и др.). Для вытяжки применяют бойки (плоские, вырезные и др.), обжимки. При вытяжке крупных поковок применяют патроны для удерживания и кантовки заготовки, а также и другой инструмент.

Вытяжку осуществляют последовательными ударами или нажатиями с подачей заготовки вдоль оси и поворотом ее вокруг этой оси. Два последовательных обжима с промежуточной кантовкой на 90° называют переходом, за которым следует подача. Отношение площади поперечного сечения заготовки к полученной площади сечения поковки называют степенью уковки.

Разновидностями вытяжки могут быть разгонка, вытяжка с оправкой, вытяжка на оправке. Разгонка применяется тогда, когда необходимо металл раздать в стороны. Вытяжка с оправкой (рис. 129, в) увеличивает длину пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины стенок. Внутренний диаметр определяется диаметром оправки. Вытяжка на оправке (раздача отверстия) увеличивает одновременно наружный и внутренний диаметры пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок (рис. 129, г). Позиции приведенного рисунка обозначают: 1 — верхний боек, 2 — цепь кантователя, 3 — оправку, 4 — подставку, 5 — полую поковку.

Прошивка (рис. 130, а) позволяет в заготовке получать отверстие (сквозная прошивка) или углубление (глухая прошивка). Прошивни применяются как цилиндрической формы, так и фасонные. До диаметра 400 мм они выполняются сплошными, а свыше 400мм — пустотелыми. Если высота прошивки недостаточна, пользуются надставками, которые для исключения трения делаются размером на 20 — 30 мм меньше наружного.

Рис. 130. Схемы: а — прошивки односторонней с подкладным кольцом; б — двухсторонней; в — прошивки слитка пустотелым прошивнем; г, д — гибки; 1 — прибыльная часть; 2 — прошивень; 3, 4 — надставки; 5 — боек.

При прошивке отверстий больших диаметров у заготовок в виде слитка прибыльную часть располагают внизу (рис. 130, в). Отход при прошивке называют выдрой.

Гибка позволяет менять направление оси заготовки с целью получения продукции заданной формы (рис. 130, г). Гибка сопровождается искажением поперечного сечения исходной заготовки и уменьшением ее площади. При гибке возможно образование складок по внутреннему контуру и трещин по наружному. Для получения в зоне изгиба сечения заданных размеров заготовке заранее придают на этом участке увеличенные поперечные размеры (рис. 130, д).

При закручивании одну часть заготовки поворачивают по отношению к другой вокруг общей оси. Закручивание применяется при изготовлении коленчатых валов с расположением колен в различных плоскостях (рис. 131), спиральных сверл и т. д. Инструментом для закручивания служат вилки, воротки и др.

Рис. 131. Схема закручивания с помощью вилки.

Рубка (рис. 132, а) дает возможность разделить на части или только частично подразделить (надрубка). Рубка осуществляется при подготовке мерных заготовок или при удалении донной и прибыльной частей слитка. К рубке прибегают при ковке поковок для удаления излишнего металла, а также при ковке фигурных поковок. Инструментами рубки являются топоры и надставки.

Рис. 132. Схемы: а — рубки; б — внахлестку сварки; в — сварки встык; г — сварки впаз.

Кузнечная сварка с помощью местного нагрева и механического воздействия позволяет соединить в одно целое отдельные части деталей или поковок. Кузнечную сварку применяют для сравнительно мелких поковок.

Кузнечной сваркой хорошо сваривается сталь, содержащая до 0,4% углерода. Примеси в стали снижают ее свариваемость. Способы сварки приведены на рис. 132, б — г. Сварка осуществляется в зоне высоких температур. Для получения качественного соединения при нагреве заготовок применяют флюсы в виде чистого мелкого речного песка, буры или их смеси.

Для ознакомления с технологическими процессами свободной ковки приводятся два примера ковки: цилиндра (рис. 133) под гидравлическим прессом и рычага с вилкой (рис. 134) под молотом. Ковка цилиндра производится из стального слитка (Ст. 40) весом 18 т. Она осуществляется в пять нагревов. После первого нагрева выполняют вытяжку прибыльной части слитка под патрон на диаметре 1000 мм, обрубку донной и прибыльной части слитка (рис. 133, а). После второго нагрева осуществляют осаживание, прошивку отверстия (двухсторонним методом) и вытяжку на оправке (рис. 133, б, в). После третьего нагрева выполняют посадку полуфабриката на оправку, вытяжку на длину 1075— 1100 мм (рис. 133, г) и снятие с оправки. После четвертого нагрева осуществляют посадку на оправку, вытяжку средней части на диаметр 900 мм и снятие с оправки (рис. 133, д). После пятого нагрева (при котором нагревается, только конец А) заковывают конец А с тем, чтобы получить окончательный вид.

Рис. 133. Последовательность переходов при ковке цилиндра.

На рис. 134 показан процесс ковки рычага с вилкой из стальной квадратной заготовки. Нагретую заготовку вытягивают на прямоугольник, затем делают в центре пережимы, после чего с помощью трехгранных призм надрубают заготовку (рис. 134, а). Оттянув концы до толщины головки, делают новые надрубки (рис. 134, б) и вытягивают каждый конец до требуемого размера (рис. 134, в). Головки рычага оформляют с помощью подкладных штампов, после чего полуфабрикат изгибают, а затем, заложив в в середину вилки вкладыш, выглаживают вилку, надрубают конец вилки (рис. 134, г) и вытягивают с помощью призм (рис. 134, д), после чего придают окончательный вид концу вилки, с тем чтобы получить заданную форму поковки.

Рис. 134. Последовательность переходов при ковке рычага с вилкой.

Технологический процесс свободной ковки разрабатывают по чертежу поковки, который составляют на основании чертежа детали. Размеры поковки увеличиваются на величину припусков в местах, подлежащих механической обработке, и устанавливаются допуски на ковку. Иногда конфигурацию поковки упрощают за счет напусков — металла, входящего в поковку сверх припуска (рис. 135, а).

Рис. 135. Поковка: а — с припуским и напуском; б— схема размеров с учетом припусков и допусков.

При ковка крупных поковок пользуются заготовками в виде слитков, вес которых определяется по формуле

И G_заг — вес исходной заготовки, G_пок— вес поковки, G_пр —вес отхода прибыльной части слитка, G_дн — вес отхода с донной части слитка, G_уг — вес отхода на угар, G_o6 — вес отхода на обсечки.

Вес отхода прибыльной части слитка принимают обычно не менее 20%, а от нижней донной части не менее 5% общего веса слитка. Вес отхода на угар назначают 2 — 3%от веса нагрева металла на каждый нагрев и 1,5 — 2% на каждый подогрев, производимые в обычных нагревательных печах. Вес отхода на обсечку зависит от сложности поковок и принятого технологического процесса.

При ковке из прокатной заготовки слагаемые G_пр и G дн из формулы исключаются.

При изготовлении поковок вытяжкой поперечное сечение заготовки берется больше максимального поперечного сечения поковки с тем, чтобы получить определенную степень уковки, обеспечивающую наилучшие для данной поковки механические качества.

Затраты труда и энергии на поковку будут тем меньше, чем технологичнее ее конструкция.

При конструировании деталей необходимо иметь в виду, что поковки, изготовляемые свободной ковкой, должны быть наиболее простыми, прямыми, симметричными, очерченными цилиндрическими поверхностями или плоскостями. В местах сложной конфигурации прибегают к напускам в целях упрощения поковки. Следует избегать в поковках конические и клиновые формы, ребристые сечения. Нельзя допускать бобышек, выступов и т. п. на основном теле поковки, в частности внутри развилин деталей.

На рис. 136 правильная и неправильная форма поковок. Кроме перечисленного, следует добиваться правильного расположения волокон в поковке, так как это повышает прочность поковок.

Рис. 136. Правильная и неправильная формы поковок.

Важнейшим направлением современного машиностроения является механизация и автоматизация трудоемких работ. В кузнечных цехах свободной ковки автоматизация применяется для измерения температуры при нагреве металла. Особенно точного измерения температуры требуется при нагреве и ковке легированной стали. Механизация в процессе ковки на прессах или молотах осуществляется при помощи кантователей и манипуляторов. Применение манипуляторов является наиболее, эффективным средством для повышения производительности и облегчения условий труда. Грузоподъемность манипуляторов достигает 100 т.

На рис. 137 показан манипулятор, предназначенный для подачи и кантоновки заготовок на паровоздушном молоте 1. Хоботом 2 он захватывает заготовку и подает на боек 3. Манипулятор обслуживается одним человеком. В целях предотвращения поломок при эксплуатации оборудование оснащается специальными предохранительными устройствами.

Рис. 137. Ковка под молотом с помощью рельсового кантователя.

Механизация и автоматизация технологических процессов ведет к повышению производительности труда.

Основы процесса ковки металла

Что в себя включает технология ковки металла, какое оборудование и приемы используются в самом старом виде металлообработки? Об этом далее.

Ковка металла, наряду с литьем, самая древняя технология по обработке материалов. Причем производить изделия таким способом человечество начало еще задолго до появления железа и стали. Первые кузнецы работали около 5-6 тысяч лет назад. Со временем технология лишь совершенствовалась и дополнялась новыми приемами. Сегодня ни одно производство не обходиться без обработки металла ковкой.

Что в себя включает технология ковки, какое оборудование и приемы используются в самом старом виде металлообработки?

Понятие ковки металла

Говоря простым языком, ковка — обработка металла, нагретого до ковочной температуры. Принцип технологии построен на физических свойствах любого материала, имеющего температуру плавления. Но прежде, чем будет достигнут этот порог, структура вещества станет более мягкой.

Каждый металл имеет свою температуру, при достижении которой он становиться более мягким, а, значит, и более податливым для обработки путем ковки.

Однако, существует также технология металлообработки, когда заготовку не нагревают, а куют холодной. Такой прием позволяет получить не менее прочные изделия, без нагревания заготовка прессуется и изгибается.В таблице указаны пределы температур, при которых тот или иной металл можно ковать.

Виды кузнечной обработки

Свободная ковка подразумевает то, что заготовки не ограничены никакими формами. Или же материал будет закреплен с одной стороны на наковальне. К этому технологическому приему относиться и ручная ковка металла, когда изделию придают форму, используя кувалду или молоток. Свободная ковка применяется как для производства отдельных продуктов, так и просто для улучшения качества материала.

При проковке поверхности заготовки улучшается свойство металла. Крупные кристаллы материала размельчаются, структура станет более мелкозернистой и однородной. К тому же, при поковке завариваются внутренние раковины, упрочняя тело заготовки.

Машинная ковка — более современный вариант обработки. Такая технология используется в массовой, тяжелой промышленности. При этом используют механизированные молоты (с массой от 40 килограмм до 5 тонн), ковочные машины или прессы. Вес заготовок и конечных поковок порой может достигать нескольких десятков тонн.

Штамповка. Такой технологический прием позволил сделать производство массовым. При изготовлении изделий металл ограничивается штампами и при деформации получает нужную форму.

Штамповка используется в массовом производстве, где важно получить большое количество продукции. Свободная ковка, как правило, используется в мелкосерийном и единичном производстве.

Оборудование и инструменты

При изготовлении кованых изделий ручным способом используют практически те же наборы инструментов и оборудования, которые применяли мастера с зарождения этой технологии. Список следующий.

Кузнечный очаг или горн используется для нагревания материала до нужной температуры. Существует множество различных видов этого оборудования.

• Стационарные и переносные.
• Закрытые и открытые очаги.
• Топливные или электрические.
• Жидкостные, газо- или твердотопливные.
• С боковыми соплами подачи воздуха или центральной фурмой.

Наковальни — это массивные металлические столы, где собственно и происходит формирование заготовки. Состоят из основания, рога и наличника с отверстиями для гибки. Существует несколько разновидностей этого кузнечного приспособления, однако обязательно наличие стальной опоры с весом от 30 килограмм.

Клещи в ручной ковке мастер использует для оперирования заготовкой в процессе работы.

Молоты — основной инструмент, использующийся в кузнечном деле, могут иметь различную массу для работы с разными по габаритам заготовками.

Материалы и технология ковки

Кузнечные приемы

Основные кузнечные операции, использующиеся в технологии ковки металла:

Осадочные кузнечные работы подразумевают уменьшение высоты заготовки и увеличение ее поперечной площади сечения.

Высадка, по сути, частичная осадка заготовки. Применяется, когда на поверхности металла нужно сделать некоторые утолщения. Добиваются этого за счет уменьшения длины заготовки.

Обкатка в кузнечном деле подразумевает собой придание заготовке формы цилиндра. В процессе деформации металла заготовка проворачивается вокруг своей оси.

Раскатка — обработка кольцевой заготовки. Когда нужно увеличить ее внутренний и наружный диаметры, металл раскатывают на оправке за счет уменьшения толщины стенок.

Прошивку в кузнечном деле применяют для получения сквозного отверстия за счет использования пробойника.

Разгонка — это операция получения более широкой заготовки. По сути, металл для ковки расплющивают на поверхности наковальни молотом, двигаясь поперек оси изделия.

Существует также множество других приемов, с помощью которых получают требуемые формы изделия.

Особенности кузнечной обработки стали

• Стальная заготовка должна нагреваться равномерно со всех сторон.
• Обязательно при ковке стали нужно соблюдать температурные рамки, которые зависят от твердости материала. Легированные инструментальные марки металла нельзя перегревать свыше 1000 градусов, мягкие — более 1300. Недостаточный нагрев также не способствует нормальной кузнечной обработке: во-первых, это затрудняет ковку стали, а во-вторых, в структуре изделия могут образовываться трещины и разрывы.
• Обязательно перед нагревом заготовки до температуры ковки металл предварительно нужно разогреть до показателя в 300 градусов.

До изобретения сварочных аппаратов кузнечным способом проводили и соединение металлических частей. Это делалось за счет сильного разогрева крепящихся концов заготовки и их последующего сдавливания ударами молота. Кузнечные сварные соединения использовались практически для любого доступного металла: меди, бронзы, серебра и железа.

Несмотря на развитие современных технологий, ковка металла остается одним из основных технологических приемов получения различных изделий. Кузнечным способом изготавливают различную продукцию. Усовершенствование такой обработки привело к массовому производству путем штампования по стандартной форме.

Пример работы в промышленных условиях можно посмотреть в предоставленном видео:

Несмотря на упадок и появление машинной штамповки, кузнечное дело не теряет своей популярности. Особенно пользуются спросом изделия художественной ковки.

А что Вы думаете по поводу материала этой статьи? Если у Вас есть опыт кузнечных работ и изготовления вещей путем ковки поделитесь им в блоке обсуждения к этой статье.