5.2.3 Прошивка, отрубка, скручивание, гибка, кузнечная сварка

Прошивка. Прошивкой называется основная операция ковки, посредством которой в заготовке получают отверстие (сквозная прошивка) или углубление (несквозная прошивка). Прошивка (рис. 98) осуществляется с помощью инструмента — прошивня (или пуансона, дорна). Форма поперечного сечения прошивня принимается в соответствии с формой отверстия или углубления, которое необходимо сделать в заготовке. Обычно это круг. Прошивка сопровождается искажением формы заготовки, а также отходом металла в выдру. Прошивка (пробивка) сплошным прошивнем показана на рис. 98. Заготовку устанавливают на нижнем бойке или на плите. Перед прошивкой слиток биллетируют, производят трубку прибыльной и донной частей, затем заготовку под прошивку обычно предварительно осаживают. Осадка преследует следующие цели: а) получение необходимой толщины стенок прошиваемого цилиндра, обеспечивающей хорошую поковку (S_min = 300…400 мм для слитков; для заготовок б) получение параллельных торцов для лучшей установки прошивня; в) уменьшение высоты биллетированного слитка, облегчающее последующую прошивку. Если требуется более длинная поковка, то после прошивки она подвергается протяжке с оправкой.

Прошивень относительно короткий устанавливают на заготовку торцом меньшего диаметра по шаблону (в простейшем случае шаблоном является пруток, на котором мелом отчерчено положение установки прошивня) или по разметке. Для уменьшения трения последующее внедрение прошивня осуществляется с помощью цилиндрических стержней, надставок, диаметр которых меньше диаметра прошивня (рис. 98, б).

Рис. 98. Схема прошивки без подкладного кольца:

а—в — этапы прошивки; 1 — верхний боек; 2 — основной прошивень; 3 — заготовка 4, 5 — надставки; 6 — прорезной прошивень; 7 — прошивни и выдра после прошивки 8 — прибыльная сторона слитка

Также для уменьшения трения и перегрева прошивни смазывают графитовой смазкой. Кроме того, при прошивке вначале вдавливают прошивень, затем прошивень поднимают и в углубление засыпают толченый уголь или кокс (лучше всего графит), чем ликвидируют опасности застревания и приваривания. Конечная толщина перемычки для крупных поковок равна h = = 150-170 мм. Прошивка до получения сквозного отверстия на сплошной опоре производиться не может, так как резко возрастает усилие, но иногда доводят h до 50—60 мм, т.е. меньше высоты прошивня. При этом есть опасность подсадки прошивня. Затем заготовку кантуют на 180°, вынимают надставки и другим прошивнем (прорезным) с диаметром несколько меньшим первого, установленным широким торцом на заготовку, выполняют сквозную прошивку с отходом выдры. Одновременно удаляется и первый прошивень. Удаление прошивня для поковок малой высоты осуществляется до кантовки нажатием кольцом или другими способами (рис. 99). Чтобы в выдру удалялась часть заготовки из слитка с наихудшими свойствами при прошивке на с плошной опоре с кантовкой, заготовку первоначально устанавливают прибыльной частью вниз.

Рис. 99. Удаление прошивня Рис. 100. Схема к

из заготовки расчёту формоизменения

а) нажатием кольцом; при прошивке

б) обкаткой по диаметру

При прошивке форма заготовки искажается и изменяются ее размеры (рис. 100). Это происходит как вследствие наличия элементов осадки, так и вследствие раздачи в стороны металла из-под прошивня. Диаметры d_ср и D_тах определяют по формулам:

В процессе осадки изменяется высота H. Отношение H/H_заг зависит от d/D_3ar и h/H_заг (табл. 16).

Выбор пресса для прошивки. Как правило, перед прошивкой производят осадку, для которой требуется значительно большее Усилие, чем для прошивки. Поэтому если пресс выбран по осадке и используется также при прошивке, то расчет силы при прошивке

Табл. 16.

Значения отношения H/H_заг,

Н/Нзаг		d/Dзаг
	0,2	0,4	0,5	0,6
1	1	1	1	1
0,8	0,98	0,95	0,93	0,91
0,6	0,95	0,92	0,90	0,83
0,4	0,90	0,85	0,82	0,77
0,2	0,90	0,85	0,80	0,73
0,1	0,90	0,85	0,82	0,77

производить не требуется. Если прошивка производится на другом прессе, то необходим расчет силы.

Р асчет силы прошивки можно проводить по формуле

где σ_Β в МПа и размеры в м; d — диаметр прошивня. Формула справедлива для т.е. до тех пор, пока имеет место прирост внешнего диаметра заготовки в процессе прошивки.

Различные способы прошивки. Основными способами прошивки являются:

1) прошивка сплошным прошивнем; 2) прошивка на подкладном кольце; 3) прошивка пустотелым прошивнем.

Прошивка сплошным прошивнем (см. рис. 98) применяется при ковке на молотах и прессах, когда необходимо получить отверстие в сравнительно высокой заготовке. При ковке слитков эту прошивку применяют для получения отверстий диаметром до 400—500 мм при изготовлении деталей, у которых не требуется удаления ликвационной зоны. Выше рассматривался данный способ прошивки.

Прошивку сплошным прошивнем производят обычно с кантовкой заготовки (см. рис. 98). Манипуляции с заготовкой при прошивке с кантовкой показаны на рис. 101. Иногда прошивку производят без кантовки, с помощью квадратов (плит) (рис. 102).

П рошивка на подкладном кольце (рис. 103) применяется в основном для сравнительно низких заготовок при Н_заг/D_заг = 1/3...1/4. Заготовку устанавливают на кольце. На заготовку ставят прошивень,

Рис. 101. Схема прошивки блока с равновеликой высотой и диаметром:

а — кантовка заготовки на 90°; б — окончательная кантовка заготовки низом вверх; в — пробивка отверстия

Рис. 102. Схема прошивки сплошным прошивнем на квадратах

Рис. 103. Прошивка на подкладном кольце:

1 - заготовка; 2 — боек; 3 — прошивень; 4 — кольцо;

5 — выдра большим диаметром вниз.

Прошивень надо располагать по оси отверстия подкладного кольца. Диаметр отверстия кольца должен быть несколько больше диаметра прошивня. Верхним бойком вдавливают прошивень до тех пор, пока выдра не провалится в отверстие кольца. Высоту прошивня в этом случае берут обязательно больше толщины заготовки. При этом способе прошивка идет при непрерывных ударах молота или при нажатиях пресса.

Здесь вначале происходит внедрение прошивня в металл, а затем срез. Отход в выдру больше, чем в первом случае, но искажение размеров меньше. Соосность кольца и прошивня достигается на глаз, по разметке и с приспособлением. Силу прошивки можно приближенно определить по формуле

где Н_заг — высота заготовки; d — диаметр прошивня.

Прошивка полым прошивнем (рис. 104) применяется для получения больших по диаметру отверстий (выше 500 мм), а также для прошивки с удалением средней, ликвационной части слитка.

П рименение пустотелых прошивней резко снижает потребное усилие прошивки. Глубокая прошивка идет с полыми надставками. Диаметр отверстия надставки на 15—30 мм больше диаметра отверстия прошивня, а наружный диаметр надставки на 10—15 мм меньше наружного диаметра прошивня (рис. 104).

Рис. 104. Схема прошивки полым прошивнем:

1 — боек; 2,3,8 — надставки; 4 — прошивень; 5 — прибыльная сторона слитка; 6 —

кольцо; 7 — подставка; 9 — выдра

Рис. 105. Схема прошивки крупного блока пустотелым прошивнем на плите с вставным сухарем: а — вдавливание прошивня; б — выемка сухаря и пробивка отверстия

Прошивка ведётся так же как и сплошным прошивнем (рис. 104, а) до тех, пока не останется донышко с толщиной примерно 100…150 мм. После этого заготовку с прошивнем и надставками переставляют на кольцо (рис. 104, б).

Диаметр отверстия кольца берут на 30—40 мм больше диаметра прошивня и отход срезается (рис. 104, в).

После прошивки сначала снимают краном слиток, затем надставки. Для съема прошивня с отхода вначале зубилом отрубают заусенец, наплывший на прошивень при проходе через кольцо, а затем выбивают отход из прошивня.

Перед прошивкой прошивень необходимо подогреть до 150 °С, что предохраняет его от растрескивания.

После прошивки рекомендуется укладывать прошивни на подставках для равномерного охлаждения на воздухе.

П рошивку крупных заготовок для удобства манипулирования с ними можно производить на плите с отверстием, в которое вначале вставляют сухарь (рис. 105). Затем выполняют осадку и прошивку заготовки на плите с сухарем. После этого плиту вместе с заготовкой

Рис. 106. Правка после прошивки:

а — обкатка по диаметру; б — правка отверстия (калибровка); 1 — оправка; 2 — заготовка

поднимают краном, а сухарь остается на столе. Далее стол с сухарем выдвигается из-под заготовки с плитой и плиту опускают. Теперь в плите отверстие оказывается открытым и выдра окончательно отделяется от заготовки при нажатии пресса на надставку и пустотелый прошивень.

Правка заготовки после прошивки. В процессе прошивки форма заготовки искажается. Искажаются торцы и боковая поверхность. Кроме этого, отверстие получается неровным. Поэтому после прошивки заготовку надо править, включая правку отверстия. Торцы правят на гладких бойках или гладких плитах с помощью легких ударов молота или легких нажатий пресса. Для правки торцов иногда используют плоские раскатки. Правку боковой поверхности проводят со вставленной в отверстие оправкой (рис. 106, а). Правку отверстия выполняют с помощью прошивня бочкообразной формы, который имеет несколько больший диаметр, чем диаметр отверстия в заготовке, и который прогоняется насквозь через отверстие (рис. 106, б). Таким способом можно получить небольшую раздачу отверстия. Если требуется значительное увеличение диаметра после прошивки, оно производится с помощью раскатки на оправке.

Инструмент для прошивки. Основными инструментами для прошивки являются различные прошивни.

Сплошной прошивень при ковке под молотом показан на рис. 107, а. Его диаметр d колеблется от 40 до 230 мм. Диаметр d_x меньше d на 5—10 мм. Высота Н примерно равна 1,5d.

Сплошной прошивень при ковке под прессом имеет такой же вид. Диаметр d изменяется от 250 до 500 мм, а высота Я от 300 до 500 мм. Диаметр d_l меньше d на 30—50 мм.

П рошивень полый показан на рис. 93, б. Диаметр D изменяется от 400 до 710 мм, a d_BH от 200 до 360 мм. Диаметр D₁ меньше D на 20 мм, а d₁ больше d_вн на 10 мм. Радиус закругления рабочей кромки г составляет 15—30 мм. Бочкообразный прошивень для калибровки отверстия после прошивки при ковке на молотах показан на рис. 93, в. Диаметр d колеблется от 50 до 250 мм, а высота Н от 80 до 275 мм. Калибрующий поясок h делается в пределах 20—45 мм. Диаметр d₁ меньше d на 10—30 мм.

Рис. 107. Прошивни:

а — сплошной; б — полый; в — бочкообразный

Отрубка. Отрубкой называется основная операция ковки, при помощи которой от заготовки отделяют ее часть по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента. Разделение заготовки на части, из которых затем получают поковки, называется разрубкой (рис. 108).

О трубка весьма распространенная операция. Применяется для разделения большой заготовки на меньшие, для удаления избытка металла и для получения соответствующей формы. Нет почти ни одного технологического процесса, где отрубка отсутствует. При отрубке часть металла отходит в обсечки. Отрубка производится при помощи топоров различной формы. Топоры крупных размеров подаются и устанавливаются при помощи кранов. У крупных топоров ручки нужны только для установки; у мелких — также для удержания в процессе работы (особенно под молотом). Схема отрубки показана на рис. 109. Двухсторонний топор (уклон с двух сторон) внедряется в металл вертикально. При этом торцы разрубаемой заготовки никогда не будут перпендикулярны оси и составят угол до 6—7°, хотя ось двухстороннего топора будет перемещаться вертикально (рис. 109, а). Для получения вертикальной стенки можно применять односторонние топоры (уклон с одной стороны), но его может слишком увести при рубке.

Односторонние топоры применяют при отрубке концов, благодаря чему угол наклона плоскости разреза к вертикали может быть уменьшен.

Рис. 108. Отрубка (1) и разрубка (2)

Рис. 109. Отрубка с одной стороны: 1 — обсечка

Применяют различные способы отрубки.

1. Отрубку с одной стороны (рис. 109) применяют при ковке небольших заготовок.

На заготовку наставляют топор и слегка внедряют его в металл слабыми ударами (нажатиями), создавая наметку. Последнюю можно сделать также и круглой раскаткой. Затем ведут рубку до образования перемычки, равной приблизительно ширине обуха топора (а). При меньшей толщине можно замять топор. Затем заготовку кантуют на 180° и над перемычкой ставят квадрат, которым отделяется перемычка (рис. 109, б).

2. Отрубку с двух сторон (или с нескольких сторон) (рис. 110) применяют при ковке крупных заготовок. Топор внедряют примерно до половины высоты заготовки, затем заготовку кантуют на 180° и ведут окончательную отрубку. Попасть точно в первоначальный надруб трудно, поэтому получаются заусенцы. С тем, чтобы заусенцы были на отходе, после кантовки топор смещают в сторону к поковке от линии первоначальной рубки. Если нужно получить качественными оба конца, то смещения не делают, а заусенец потом обрубают. Круглую заготовку рубят топорами с "выкружкой" с 3-х сторон.

Рис. 110. Отрубка с двух сторон: 1 — заусенец

Рис. 111. Отрубка с четырех сторон с оставлением перемычки

3. Отрубку с четырех (двух) сторон с оставлением перемычки (рис. 111) применяют, когда желательно рубить без заусенца или когда идет рубка очень толстой заготовки. С четырех сторон топором делают надрубку. В середине оставляют перемычку, которая затем срезается плоской пластинчатой раскаткой (полосой) или топором, поставленным обухом вниз. Круглые заготовки рубят в вырезном бойке с двух сторон с оставлением перемычки, которую затем срезают пластиной (рис. 112).

При вырубке контуров с острыми углами, а также при разрубкежелательна предварительная прошивка либо просверливание в углахконтура или в концах прорубаемого участка во избежание чрезмерного углубления топора в металл и для получения точных размеров контура.

П осле отрубки удаляют заусенцы (рис. 113), для чего используют односторонние топоры. Для отсечки заусенцев по краям заготовки применяют квадраты. Заусенцы следует удалять тщательно, особенно при возможности их заковки в последующих операциях с образованием зажима.

Рис. 112. Отрубка заготовок круглого сечения с трех сторон: а — первый надруб; б — второй надруб; в — окончательное разделение заготовки; г - положение топора в вырезном бойке при рубке

К онструкции топоров для рубки показаны на рис. 114.

Рис. 113. Удаление заусенцев Рис. 114. Топоры для отрубки

а) односторонний

б) двухсторонний

в) к вырезному бойку

Гибка. Гибкой (рис. 115) называется основная операция ковки, посредством которой исходной заготовке придается изогнутая форма по заданному контуру. Гибка применяется как основная операция (единственная) или в сочетании с другими операциями для получения изделий типа угольников, кронштейнов, крюков и хомутов.

Рис. 115. Гибка:

а - искажение формы поперечного сечения при гибке, образование утяжки и складок; б - усиление места гибки; в - гибка заготовок кувалдой; г - гибка с помощью крана; д - гибка раскаткой в подкладном штампе; 1 - утяжка; 2 - верхний боек; 3 -нижний боек; 4 - раскатка; 5 - штамп; 6 - кран; I - до гибки; II - после гибки

Операция гибки производится самыми разнообразными способами, как без специальных приспособлений — универсальным инструментом, так и с применением специальных гибочных штампов. Операция гибки сопровождается искажением первоначальной формы поперечного сечения заготовки и уменьшением его площади. Кроме того, возможно образование складки по внутреннему контуру и трещины по наружному контуру. Чем меньше радиус закругления и чем больше угол загиба, тем сильнее проявляются эти явления.

Характер изменения формы поперечного сечения показан на рис. 115, а.

При гибке нейтральная линия смещается в сторону сжатого волокна. При гибке с г < (1 … 1,5)S можно считать, что нейтральная линия проходит на 1/3S от внутренней поверхности угловой части поковки (рис. 116).

После операции гибки вследствие искажения поперечного сечения обязательна правка. Но правкой нельзя исправить утяжку, которая остается в том или ином виде. Это следует учитывать при проектировании технологии и при конструировании деталей. Внутренний радиус г выйдет точно по оправке, а внешний радиус R > г + а, причем превышение это неопределенно и зависит от, свойств металла, угла гибки, условий гибки. Когда можно, в детали, получаемой гибкой, следует задавать только внутренний радиус. Если же обязательно нужно выдержать определенным (особо, если малым) наружный радиус поковки, то необходимо строить технологический процесс таким образом, чтобы в месте гибки было утолщение (см. рис. 115, б). Гибка может сопровождаться растяжением, особенно многоугловая гибка в приспособлении и если заготовка в процессе гибки где-либо будет зажиматься. Если при гибке происходит растяжение, то нужно процесс гибки расчленить на гибку по отдельным элементам, так как иначе может произойти разрыв заготовки.

Различные схемы приемов гибки показаны на рис. 115, в, г, д.

Скручивание. Скручиванием (рис. 117) называют основную операцию ковки, с помощью которой одна часть заготовки поворачивается относительно другой при неизменном направлении оси заготовки в процессе деформирования. Скручивание применяют при ковке многоколенных коленчатых валов, крупных сверл, бурильных инструментов и т.п. В зависимости от размеров заготовки скручивание можно производить при мелких заготовках вручную, зажимая деталь в тисках или между бойками.

При ковке крупных поковок прибегают к помощи крана. При развороте скручиваемая часть может изгибаться. Наиболее

Рис. 116. Схема к расчету длины средней (нейтральной) линии

Рис. 117. Схема скручивания:

1 — груз (противовес); 2 — изогнутая вилка; 3 — верхний боек; 4 — нижний боек

простой способ для избежания изгиба — подвеска груза (боек) или закрепление конца вала к столу пресса (рис. 118). Для избежания изгиба применяют также стойки—люнеты. При простой вилке с прямой рукояткой угол скручивания небольшой (сила растет, плечо уменьшается). При скручивании на большой угол применяют вилки с сектором и пальцами (рис. 119).

Операция скручивания требует предварительной подготовки, так как иначе скручивание может сконцентрироваться в одном месте и металл разорвется. Перед скручиванием необходимо применить: 1) тщательную отделку скручиваемой шейки, выглаживание или даже обдирку на токарном станке; 2) прогрев шейки с максимальной равномерностью, причем нагрев делается местный, в специальной печи или в закрытом горне (каждую шейку отдельно); 3) уменьшение радиусов закруглений в месте шейки, так как большие радиусы уменьшают длину деформированной зоны.

С тержневая часть при кручении немного укорачивается.

Рис. 118. Закрепление конца вала при закручивании шарнирной вилки

О пасно при скручивании образование трещин расслоения. Волокна после скручивания располагаются по винтовой линии, что повышает качество поперечных образцов.

Рис. 119. Вилка с шарниром:

7 — щека вала; 2 — верхнее положение рычага; 3 — движение рычага; 4 — нижнее положение рычага; 5 — направление скручивания

Кузнечная сварка. Кузнечной сваркой называется основная операция ковки, при которой отдельные части или

Рис. 120. Способы кузнечной сварки:

а — внахлестку; б — вразруб; в — встык; г — вращеп;

д — взамок (прямоугольное сечение)

заготовки соединяют в одно целое. Перед соединением проводят подготовку металла на концах заготовок, затем нагревают эти участки до 1200 — 1300 °С, добавляют флюс (кварцевый песок, бура, поваренная соль), чтобы исключить пережог металла, накладывают заготовки друг на друга и обжимают вначале легкими ударами и затем окончательно деформируют. Сварку производят либо с помощью кувалды, вручную или под пневматическим молотом.

Различные способы кузнечной сварки показаны на рис. 120.

Наибольшая надежность и прочность шва при кузнечной сварке Достигается при обработке низкоуглеродистой стали с содержанием Углерода 0,15…0,25 %.