Процессы ковки по металлу
Технологические процессы ковки очень разнообразны, однако всегда являются сочетанием предварительных, основных, вспомогательных и отделочных операций. Главным универсальным инструментом ковки служат плоские бойки.
К предварительным операциям относится биллетирование и рубка, причем рубка применяется и как основная операция.
Биллетирование - операция, предназначенная для превращения слитка в болванку или заготовку и состоящая в сбивке ребер (для слитков некруглого сечения) и устранении конусности слитка. Биллетирование осуществляют путем ковки с незначительным обжатием нагретого слитка. Принято считать, что биллетирование способствует устранению дефектов литой структуры и улучшению пластических свойств поверхностного слоя (рубашки) слитка. Однако высокая температура и малые обжатия в процессе биллетирования способствуют получению крупнозернистой структуры, что вынуждает иногда проводить термическую обработку после биллетирования. Если при этом обжимаются только ребра слитка, то у металла между ребрами сохраняется литая структура. При хорошем качестве слитков можно отказаться от биллетирования, что позволяет увеличить производительность технологического процесса на 10-15%.
К основным операциям относятся:
Осадка - это операция, при которой за счет обжатия по высоте увеличивается площадь поперечного сечения заготовки, перпендикулярного деформирующей силе. Если осаживается по высоте только часть заготовки, то операцию называют высадкой. При ковке осадка является основной операцией для получения формы поковки, но может применяться так же как промежуточная операция для устранения литой структуры или анизотропии свойств металла.
Протяжка (вытяжка) - операция, в процессе которой длина заготовки увеличивается за счет уменьшения ее поперечных размеров при последовательных по длине нажатиях бойками. Применяют плоские, вырезные и закругленные бойки. Заготовка обжимается по участкам и перемещается (подается) в осевом направлении с поворотами вокруг оси. Два последовательных обжима с поворотом (кантовкой) на 90° называют переходом. Рационально вести процесс протяжки с небольшой подачей, так как с уменьшением подачи в соответствии с законом наименьшего сопротивления уменьшается уширение. Но в этом случае увеличивается число обжатий, необходимых для деформации заготовки, следовательно, снижается производительность процесса. Практически величину подачи принимают равной 0,4- 0,7 от ширины бойка в зависимости от размеров заготовки.
Применяют несколько видов операции протяжки. Поковки плоской формы получают расплющиванием. Расплющивание (уширение, разгонка) - это увеличение ширины заготовки за счет обжатия по высоте.
При ковке котельных барабанов, турбинных роторов и т. п. применяют протяжку на оправке: длина полой заготовки увеличивается за счет утонения ее стенки. Оправка имеет небольшую конусность, верхний боек плоский, а нижний боек вырезной. Внутренний диаметр заготовки изменяется незначительно, а оправка калибрует внутреннее отверстие. Во время ковки заготовка с оправкой периодически поворачивается и подается под бойки. На оправке производят также раскатку - операцию, при которой увеличивается диаметр за счет уменьшения толщины стенки исходной полой заготовки. Оправка служит опорой заготовки по ее внутренней поверхности и установлена на козлах. Применяют цилиндрическую оправку и узкий верхний боек, длинная сторона которого параллельна оси поковки. После каждого обжатия оправка или заготовка поворачиваются вокруг оси, подавая под боек новый участок заготовки. Периодически поковку снимают с оправки и подвергают правке. Раскатка на оправке используется при ковке колец, обечаек, барабанов и т. п. и часто сочетается с протяжкой.
Гибка - кузнечная операция, с помощью которой заготовке придают изогнутую форму по заданному контуру. Гибка используется при изготовлении угольников, скобок, крюков, кронштейнов, лап, кулис и т. п. В результате гибки первоначальная форма поперечного сечения заготовки искажается с уменьшением площади в зоне изгиба.
Закручивание - кузнечная операция, посредством которой одну часть заготовки поворачивают по отношению к другой под определенным углом вокруг общей продольной оси. Закручивание применяется при изготовлении коленчатых валов с коленами, расположенными в различных плоскостях, стенных болтов, стоек для изгородей, спиральных сверл и т. п.
Рубка применяется для разделения заготовки на части, отделения части металла по наружному (обрубка) и внутреннему (вырубка) контурам, частичного разделения заготовки (разрубка). Отход металла при рубке называют обсечкой.
Прошивка - эта операция связана с образованием полости в заготовке за счет вытеснения металла. Сквозную прошивку (пробивку) относительно тонких поковок ведут на подкладном кольце. Высокие массивные поковки прошивают в два перехода, образовав сперва глухую полость, и, перевернув поковку, прошивают дно. Прошивающим инструментом является сплошной или пустотелый прошивень круглого или фасонного поперечного сечения. В результате прошивки форма заготовки искажается и образуется отход - выдра.
Кузнечную сварку в последнее время используют в основном при ковке мелких поковок в целях ремонта (для соединения деталей или их частей в настоящее время применяют в основном автогенную сварку и электросварку).
Для иллюстрации технологического процесса ковки рассмотрим изготовление обечайки ковкой на гидравлическом прессе усилием 50 Мн (5000 Т) из слитка массой -63 т, т. е. получается пять выносов из печи.
Последовательность операций: исходная форма слитка, подаваемого на нагрев, ковка цапфы под патрон, биллетирование слитка, обрубка прибыльной и донной частей; подогрев, осадка и прошивка; подогрев, раскатка на оправке до внутреннего диаметра 1350 мм; подогрев, протяжка на оправке до наружного диаметра 2000 мм.
Заключительной операцией является протяжка на оправке (после подогрева) до поковочных размеров.
Наряду с уже рассмотренными при свободной ковке употребляют еще многие виды специализированного инструмента. Иногда для производства поковок сложной формы больших партий: крупных гаечных ключей, фланцев, гаек, крюков и т. п. целесообразно оформлять часть поковки или даже всю поковку в специальном инструменте - штампе, полость которого представляет собой объемное зеркальное отражение формы поковки. Как правило, эти штампы не закрепляют на оборудовании и при выполнении соответствующего перехода устанавливают непосредственно на гладкий боек. Их называют подкладными штампами. Штамп состоит из двух половин - нижней и верхней (перевернута справа). Для совпадения половин штампа в нем предусмотрены центрирующие угловые шпильки. Используется штамп в конце ковки после предварительного <фасонирования> заготовки. Применение простейших подкладных штампов в виде колец позволяет резко упростить технологию ковки и повысить точность поковок.
Свободная ковка - трудоемкий и малопроизводительный процесс, требующий сложных и быстрых манипуляций с горячим металлом и тяжелым инструментом. Облегчение ручного труда, повышение производительности труда и качества поковок достигается механизацией и автоматизацией. Основным средством механизации в кузнечных цехах служат грузоподъемные краны: мостовые, поворотные, консольные и т. п.
Для загрузки и выгрузки печей применяют механические, пневматические и гидравлические толкатели, специальные клещи и другие механизмы. Передача заготовок от оборудования к оборудованию осуществляется с помощью монорельсовых тележек и качающихся транспортеров. Для сложных манипуляций с поковкой в процессе ковки в современных цехах устанавливают напольные рельсовые и безрельсовые манипуляторы, представляющие собой тележку, снабженную клещами, которые могут подниматься и опускаться, поворачиваться и вращаться вокруг продольной оси.
Смена бойков крупных прессов - длительная и трудоемкая операция. Поэтому прессы оборудованы подвижными столами, выкатывающими бойки из-под пресса под мостовой кран.
В последние годы развивается автоматизация работы ковочных прессов. В ряде производств прессы и молоты переводят на программированную работу по режимам ходов и обжатий.
Применение радиоактивных изотопов позволяет довести точность размеров крупных поковок на прессах до +1 мм по высоте и тем самым повысить ее в несколько раз.
