Свободная ковка металлов

Инструмент для свободной ковки

Инструмент для ручной ковки разделяется на три группы: для обработки, удержания и измерения поковок (рис. 15). К инструменту для обработки поковок относятся: кувалды, ручники, гладилки, прошивки, зубила, обжимки и др. К удерживающему инструменту относятся наковальни и различные клещи. Для измерения поковок применяются линейки, угольники, кронциркули, шаблоны и др.

Рис. 15. Инструмент для свободной ковки

Нагревательные устройства

Для нагревания металла используют горны, пламенные печи, индукторы и др. Горны бывают открытого или закрытого типа. Более совершенным является закрытый горн (рис. 16). Он состоит из металлического каркаса 1, выложенного огнеупорным кирпичом 2 и топки 3. Через трубу 5 и коллектор 6 к колошниковой решетке 4 подается воздух. Чтобы продукты горения сгорали полностью, по трубам 10 подается дополнительный воздух. Заготовки загружают через рабочее окно 8, топливо — через окно 7. Закрытые горны более экономичны, чем открытые, и обеспечивают лучшую вытяжку через отверстие 9 и зонт 11. Топливом служат спекающиеся сорта каменного угля или кокс. Для лучшего спекания уголь слегка поливают водой и утрамбовывают. Пламя в горне должно быть ярким и немного коптящим. Заготовка должна находиться под слоем угля примерно в 100—150 мм от дна очага. Уголь подбрасывают не прямо в очаг горения, а на край горна, чтобы часть серы выгорела до соприкосновения горящего угля с металлом. Гореть полным пламенем должен не весь уголь, а только та часть, где нагревается заготовка. Для этого надо вокруг металла уголь смочить водой и утрамбовать.

Рис. 16. Закрытый кузнечный горн

Основные операции свободной ковки

К основным операциям свободной ковки относятся следующие: протяжка (вытяжка), уширение, рубка, осадка и высадка, гибка, пробивка и прошивка, закручивание (рис. 17) и кузнечная сварка.

Протяжкой называется операция, при которой заготовка уменьшается в своем поперечном сечении и увеличивается в длину.

Уширение (разгонка) — операция, при которой увеличивается ширина заготовки.

При протяжке и уширении, кроме наковальни, кувалды, ручника и клещей применяются раскатки, подбойки, гладилки, обжимки, перебивки, укрепленные на деревянных ручках.

Рубка—операция, при которой от заготовки отделяется часть металла. Имеются два вида рубки: надрубание (наметки) и отрубание. Для рубки используют кузнечные зубила, подсечки. Для рубки нагретого металла режущего кромку зубила затачивают под углом 80—85°, для холодного металла — под углом 45—60°.

Осадка — это операция, при которой заготовка увеличивается в поперечном сечении за счет уменьшения высоты.

Высадка — увеличение поперечного сечения части заготовки.

Гибка — операция, при которой заготовке придается изогнутая форма по заданному контуру. Для изгибания используют рога наковальни, подкладные приспособления, зажимы.

Пробивка и прошивка — операции получения отверстия в заготовке. Прошивкой получают отверстия в тонких заготовках, пробивкой— в более толстых. Эта операция складывается из двух приемов: вначале пробойню вгоняют на половину толщины заготовки, затем

Рис.17. Основные операции свободной ковки: а – протяжка; б – уширение; в – надрубание; г – гибка; д – высадка; в – осадка; ж – гибка; з – прошивка; и – закручивание.

после кантовки на 180° окончательно пробивают отверстие. При пробивке и прошивке отверстий пользуются пробойниками и бородками.

Закручивание — операция, заключающаяся в поворачивании части заготовки относительно другой на определенный угол вокруг общей оси.

Кузнечная сварка — процесс соединения кусков стали, нагретых до пластического состояния, с применением внешнего давления. Температура нагрева металла для сварки 1300—1400° С, что значительно выше температуры обычной ковки.

Пример выполнения работы:

Задание			Ковка костыля
№ операции	наименование операции	Эскиз операции	Оборудование	Рабочий инструмент	Мерительный инструмент	температура ковки
1	Гибка головки		Горн	Кувалда, ручник, клещи	шаблон	1200 – 850 ºС
2	Осадка, высадка головки		То же	ручник, клещи	То же
3	Формообразование головки		-//-	Кувалда, ручник, гладилка, клещи	-//-
4	Рубка от прутка нужного количества материала		-//-	Кувалда, зубило, клещи	-//-
5	Вытяжка конца		-//-	Кувалда, ручник, гладилка, клещи	-//-

Рис. 18. Операционно-технологическая карта изготовления костыля.

Ковка костыля

Заготовкой для костыля служит пруток Ст.3 прямоугольного сечения.

Операция 1. Гибка головки. Перед гибкой головки костыля один конец заготовки нагревается до температуры ковки. Заготовка с нагретым концом кладется на наковальню клещами. По шаблону отмеряется длина головки. Кувалдой заготовка прижимается к наковальне и ручником производится гибка.

Операция 2. Осадка головки. После гибки головка подвергается осадке, с помощью которой между телом заготовки и ее головкой получается прямой угол. Для лучшей обработки головки допускается второй нагрев заготовки.

Операция 3. Формообразование головки. Головку подвергают обработке с помощью гладилки. Эта операция предназначена для придания головке правильной квадратной формы, а также возможно гладкой поверхности граней головки.

Операция 4. Рубка. После того, как головка готова, от прутка отрубается металл необходимой длины с помощью шаблона. Рубка производится кузнечным зубилом.

Операция 5. Вытяжка конца. Конец костыля должен быть заостренным, поэтому его подвергают вытяжке. Перед этой операцией заготовку вновь нагревают. Нагретый конец оттягивают ударами кувалды. После вытяжки конца костыля его длина должна соответствовать заданной по чертежу.

Вопросы для самопроверки:

19. Что понимают под обработкой металлов давлением?

20. Назовите основные виды обработки металлов давлением?

21. Какие факторы влияют на обработку металлов давлением?

22. Как различают холодную и горячую обработку металлов давлением?

23. Зачем применяют нагрев металла?

24. Какой температурный интервал обработки металлов давлением?

25. Какие применяют нагревательные устройства?

26. Назовите основные законы пластической деформации.

27. Что понимают под законом наименьшего сопротивления?

28. Что понимают под законом постоянства объема?

29. Что понимают под законом сдвигающих напряжений?

30. Что понимают под законом подобия?

31. Перечислите процессы обработки давлением?

32. Какое оборудование применяется при обработке давлением?

33. Какой инструмент применяется при обработке давлением?

Литература:

1. Иваней А.А. Электронный конспект лекций.

2.Технология металлов и материаловедение: Учебник для вузов и техникумов /Под ред. Л.Ф. Усовой – Производственное издание. М.: Металлургия, 1987. – с.106-123;

3. Гуляев А.П. Металловедение: Учеб. пособие для вузов. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1986. – 542 с.89-141

4. Материаловедение и технология металлов: Учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов/ Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова – 4-е изд., испр. – М.: Высш. шк. 2006. – 862с.

Форма отчета

Практическая работа №4.

«Изучение способов обработки металлов давлением»

1. Ознакомиться с основными операциями.

2. Составить операционно-технологическую карту (последовательность операций) изготовления поковки (в соответствии с заданием).

3. Указать в карте (в соответствии с примером) марку сплава, вид изделия, проводимую операцию, температуру обработки, инструмент необходимый для проведения операции, измерительный инструмент.

4. Размерами изделия, при эскизировании задаться самостоятельно.

Таблица заданий.

№ варианта	Основной вид обработки	Изделие
1	прокатка	неравнобокий уголок
2	волочение	труба
3	прессование	болт
4	свободная ковка	болт
5	объемная штамповка	болт
6	листовая штамповка	шайба
7	прокатка	тавровая балка
8	волочение	пруток
9	прессование	гайка
10	свободная ковка	гайка
11	объемная штамповка	гайка
12	листовая штамповка	металлическая посуда
13	прокатка	швеллер
14	волочение	труба
15	прессование	слесарное зубило
16	свободная ковка	слесарное зубило
17	объемная штамповка	слесарное зубило
18	листовая штамповка	шестерня
19	прокатка	рельс
20	волочение	проволока
21	прессование	телеграфный крюк
22	свободная ковка	телеграфный крюк
23	объемная штамповка	телеграфный крюк
24	листовая штамповка	равнобокий уголок

Практическая работа № 5

«Изучение технологии сварочного производства и пайки металлов»

Цель работы - ознакомиться с технологиями сварочного производства и пайки металлов.

Задачи:

8. Изучить теоретические сведения о сварочном производстве и пайке металлов.

9. Подобрать в соответствии с заданием способ сварки или пайки соединения.

10. Описать выбранную технологию, оборудование и режимы сварки или пайки.

Краткие теоретические сведения

Сваркой называют технологический процесс получения меха­нически неразъемных соединений, характеризующихся непрерыв­ностью структур — непрерывной структурной связью.

Это технологический процесс, с помощью которого изготавли­ваются все основные конструкции гидротехнических сооружений, паровых и атомных электростанций, автодорожные, городские и железнодорожные мосты, вагоны, надводные и подводные ко­рабли, строительные металлоконструкции, всевозможные подъем­ные краны, крупные узлы машиностроительных конструкций, автомобили, ракеты, искусственные спутники земли, электри­ческая и радиотехническая аппаратура и многие другие изделия.

Задачей сварочной операции является получение механически неразъемных соединений, подобных по свойствам свариваемому материалу. Это может быть достигнуто, когда по своей природе сварное соединение будет максимально приближаться к свари­ваемому металлу.

Свойства твердых тел, в том числе и механические (прочность, упругость, пластичность и др.), определяются их внутренними энергетическими связями, т, е. связями межмолекулярного, меж­атомного и ионного взаимодействия.

В металлах, которые относятся к кристаллическим твердым телам, внутренние связи определяются единым энергетическим полем ионизированных атомов (находящихся в узлах кристал­лической решетки) и подвижных электронов.

Для получения в сварном соединении таких же энергетических связей, как и в свариваемом материале, необходимо пограничные слои одной свариваемой детали приблизить к пограничным слоям другой на такие расстояния, при которых между ними возникает единое энергетическое поле.

В ряде случаев такое состояние может быть получено с по­мощью промежуточного добавочного материала, который должен установить подобные связи с пограничными слоями обеих свари­ваемых частей.

Расстояния между узлами кристаллической решетки, при которых в металлах образуется достаточно сильное энергетическое поле, составляет около 4 · 10^-8 см.

Подобной точности подгонки поверхностей твердых матери­алов современные методы обработки обеспечить не могут. Так, полировка и хонингование металла обеспечивают точность обра­ботки поверхностей не выше 10^-5—10^-6 см, т. е. примерно в 400 раз менее точную, чем та, которая необходима при сближении по­верхностей для установления общего энергетического поля, подоб­ного поля в любом другом сечении твердого металла.

Облегчить возможность сближения поверхностей на рассто­яния около 4·10^-8 см и установления энергетических связей между отдельными частями, подлежащими сварке, можно:

1) при­менением внешней силы достаточной величины;

2) повышением температуры.

Некоторые материалы, в частности, весьма пластичные ме­таллы (алюминий, медь, свинец и др.) и сплавы способны обра­зовывать сварные соединения без применения каких-либо внешних источников тепла в результате только совместного пласти­ческого деформирования частей, которые должны быть сварены.

Другие материалы и, в частности, многие металлы способны образовывать сварные соединения при пластическом деформиро­вании, выполняемом только при определенных, повышенных температурах.

Многие материалы могут быть сварены с доведением некоторого объема их до расплавленного состояния.

Некоторые материалы способны в определенном диапазоне темпера­тур свариваться как при пласти­ческом деформировании внешней силой (давлением), так и при дове­дении материала до расплавленного состояния (плавлением).

Так, для технически чистого железа на рис. 1 показаны области режимов сварки по давлению и температуре. Выше кри­вой АВСD находится область, в которой при соответствующих соотношениях давления и температуры качество сварки полу­чается хорошим, а ниже кривой — область, где сварка совсем не получается, либо получается, но низкого качества. Как видно из рис. 1, при температурах ниже температуры плавления железа для сварки требуется и давление, и нагрев (область левее точки D, а при более высоких температурах давление для вы­полнения сварки не требуется (область правее точки D, сварка плавлением).

Рис. 1. Диаграмма условий выполнения сварки технического железа.

Для других материалов также существуют определенные области таких режимов. Исходя из этого, все способы сварки можно классифицировать как способы сварки давлением и плав­лением.

Некоторые материалы, которые даже при высоких температу­рах почти не имеют пластичного состояния (например, чугуны) практически могут свариваться только плавлением.

На рис. 2 приведена схема, в которой перечислены способы сварки плавлением и давлением, получившие наиболее широкое распространение в различных отраслях промышленности.

Рис. 2. Схема основных способов сварки плавлением и давлением.