Ковка металла
Ковкой называют процесс обработки давлением, при котором металл деформируется многократным и прерывным воздействием универсального инструмента, постепенно приобретая заданную форму и размеры.
Ковка (свободная) является универсальным процессом кузнечно-штамповочного производства, так как позволяет получать поковки широкого сортамента, массой от нескольких килограммов до 300 т и более. Для изготовления крупных поковок (примерно от 2 т и выше) ковка - единственно возможный способ, а поковки меньшей массы получают штамповкой. Свободная ковка экономически выгодна при штучном и мелкосерийном производстве, а штамповка рентабельна при серийном и массовом производствах.
Тяжелые поковки, масса которых измеряется тоннами, изготовляют из слитков. К таким поковкам относят судовые валы, турбинные диски, роторы генераторов, цельнокованые барабаны для котлов высокого давления и др. Поковки массой примерно до 1 т: вагонные оси, сцепные крюки, шатуны и коленчатые валы двигателей и др. - получают из блюмов. Для мелких поковок в качестве заготовки используют разнообразный сортовой прокат: круглый, квадратный, полосовой и т. д.
В промышленности ковку преимущественно производят на ковочных молотах и ковочных гидравлических прессах.
Применяют молоты паровоздушные и приводные (пневматические, рессорно-пружинные и др.).
Главной характеристикой молотов является масса падающих частей: поршня, штока, бабы и верхнего бойка. Нижний боек закреплен на подушке, а подушка - на шаботе. Заготовку (поковку) устанавливают на нижнем бойке. Золотник, которым с помощью системы рычагов управляет машинист молота, пускает пар или сжатый воздух под давлением 40-90 Мн/м2 (4-9 am) в нижнюю (под поршень) или верхнюю (над поршнем) полость цилиндра. Соответственно падающие части поднимаются или опускаются, масса падающих частей ускоряется суммарной силой собственного веса и полного давления на поршень. По типу станины представленный молот является двухстоечным арочным. Крупногабаритные поковки обрабатывают на двухстоечных мостовых молотах, а мелкогабаритные - на одностоечных молотах. Современные паровоздушные молоты в основном имеют массу падающих частей, равную 1-5 т, и применяются для изготовления поковок средней массы из небольших слитков качественной стали, блюмов и прокатанной заготовки. Мелкие поковки получают из сортового проката на пневматических ковочных молотах, масса падающих частей которых составляет 0,1-1,0 т.
Пневматический молот имеет два цилиндра: рабочий и компрессорный. Поршень рабочего цилиндра соединен с бабой или баба просто является частью этого поршня. Поршень компрессорного цилиндра приводится от электродвигателя через редуктор и кривошипно-шатунный механизм. При соединении попарно верхних и нижних полостей рабочего и компрессорного цилиндров вращение кривошипного вала сообщает бабе непрерывное возвратно-поступательное движение по вертикали, удары по поковке наносят через равные промежутки времени. Воздухораспределительный механизм позволяет, кроме того, вести ковку единичными ударами, держать бабу на весу, прижимать поковку к нижнему бойку, совершать холостой ход, когда баба неподвижна в нижнем положении при непрерывном вращении кривошипного вала. Упругой связью между поршнями рабочего и компрессорного цилиндров в пневматических молотах является воздух. Работоспособность молотов характеризуется энергией удара. Эксплуатационный к. п. д. молотов составляет 2-3%.
Тяжелые поковки из слитков изготовляют на гидравлических прессах, развивающих усилие до 150 Мн (15 000 Т). Гидравлические ковочные прессы применяют в настоящее время и для средних поковок (вагонных осей и т. д.). Рассмотрим схему гидравлического пресса. В главном (рабочем) цилиндре перемещается главный (рабочий) плунжер, соединенный с подвижной поперечиной. Главный цилиндр установлен в неподвижной верхней поперечине, которая соединена четырьмя колоннами с нижней поперечиной, закрепленной на фундаменте. Верхний боек смонтирован в подвижной поперечине, перемещающейся по колоннам, нижний боек - в нижней поперечине. Подвижная поперечина совершает рабочий ход вниз под действием главного плунжера, а подъем вверх - под действием возвратного плунжера, соединенного с поперечиной, траверсой и тягой и перемещающегося в возвратном цилиндре. Возвратный цилиндр установлен на траверсе. Гидравлический насос высокого давления 20-32 MH/M2 (200-320 am) подает воду в магистраль пресса через гидравлический аккумулятор, который накапливает напорную жидкость во время технологических пауз в работе пресса и отдает ее в магистраль пресса во время рабочего хода. Распределительное устройство во время рабочего хода соединяет главный цилиндр с магистралью высокого давления, а возвратный цилиндр- с приемником отработавшей воды. При рабочем ходе подвижная поперечина движется вниз и верхний боек давит на поковку. Когда главный цилиндр соединяется с баком, а возвратный цилиндр - с магистралью высокого давления, подвижная поперечина движется вверх. Имеется несколько воздушных резервуаров, входящих в систему аккумулятора. Полости резервуаров сверху соединены между собой и с аккумулятором. В резервуарах поддерживается необходимое давление воздуха с помощью компрессора. Под таким же давлением находится жидкость в аккумуляторе. Автоматические регуляторы прекращают действие насоса и, когда жидкость в аккумуляторе поднимается до определенного уровня, и не допускают подачи жидкости в магистраль, если ее уровень в аккумуляторе минимально допустимый.
Применяют также паро-гидравлические прессы, в которых источником высокого давления является не насос, а специальный аппарат - паровой или воздушный мультипликатор. Принцип действия мультипликатора состоит в следующем. Пар давлением 0,6-1,2 Мн/м2 (6-12 am) давит на поршень парового цилиндра, шток которого является плунжером гидравлического цилиндра. Гидравлический цилиндр подает жидкость в магистраль высокого давления пресса. Давление жидкости во столько раз больше давления пара, во сколько раз площадь парового поршня больше площади плунжера гидравлического цилиндра. Давление жидкости в магистрали пресса достигает 6 Гн/м2 (600 am).
