4.3 Ковка

Ковка- вид горячей обработки металлов давлением, при котором металл деформируется с помощью универсального инструмента, не ограничивающего течение металла в плоскости перпендикулярной действию силы. Нагретую заготовку укладывают на нижний боек и универсальным инструментом - верхним бойком, последовательно деформируют на отдельных участках заготовки (рис.4.3). Ковкой получают как готовые изделия, так и заготовки для последующей механической обработки. Эти заготовки называют кованными поковками или просто поковками.

Рис. 4.3 Процесс ковки

Оборудование и инструмент для ковки.

По степени механизации различают ручную и машинную ковку. При ручной ковке используют кувалды и наковальни с набором инструмента (для ремонтных работ). Машинная ковка осуществляется на ковочных молотах и ковочных гидравлических прессах. Пневматические молоты применяют для ковки мелких поковок (примерно до 20кг) и изготовляют с массой подающих частей 50-1000кг. Паро-воздушные молоты - приводятся в действие паром или сжатым воздухом давлением 0,7-0,9 МН/м². На этих молотах изготовляют поковки средней массы (20-350кг) преимущественно из прокатанных заготовок. Гидравлические прессы - машины статистического действия, продолжительность деформации у них может составлять от единиц до десятков секунд. Гидравлические прессы служат для изготовления крупных поковок в основном из слитков.

Инструмент применяемый для выполнения ковочных операций называют бойками. В зависимости от вида технологического оборудования различают молотовые бойки и прессовые бойки.

Достоинства ковки:

• обеспечение высокого качества металла со стабильными повышенными характеристиками пластичности и прочности;

• получение высококачественных крупных заготовок и изделий массой до сотен тонн и длиной, измеряемой десятками роторов, которые другими способами получить невозможно или нецелесообразно;

• небольшая потребная мощность оборудования по сравнению с мощностью оборудования при штамповке, т.к. деформируется не вся заготовка, а ее отдельные участки;

• применение универсальных машин и универсального инструмента, что уменьшает стоимость получаемых поковок;

• экономия материала и высокая производительность по сравнению с обработкой резанием.

Недостатки:

• низкая производительность по сравнению с производительностью горячей объемной штамповки и другими методами;

• необходимость назначения больших напусков, припусков и допусков на поковках;

• ограниченные возможности в получении изделий сложной формы без напусков;

• необходимость в рабочих высокой квалификации.

Технологический процесс ковки

Процесс ковки состоит из нескольких этапов: нагрева металла; совершения кузнечных операций (основных и вспомогательных); первичной термической обработки поковки; контроля качества поковок.

Нагрев металла. Целью нагрева является повышение пластичности и снижение сопротивления деформированию обрабатываемого металла. Нагрев металла сопровождается явлением рекристаллизации - образованием новых центров кристаллизации зерен и слияние их в процессе собирательной рекристаллизации при повышенных температурах. Для нагрева металла в кузнечном производстве наиболее широко применяют камерные печи, электропечи, установки контактного электронагрева и индукционные нагреватели. Значение температур начала ковки, а также конца ковки резко колеблется от содержания в них легирующих компонентов

Температурные интервалы для горячей обработки давлением

Таблица 4.1

Сплав	Температурный интервал, ºС
	Начало		Конец
Низкоуглеродистые стали	1280 - 1300	700 - 800
Углеродистые стали	1200 - 1260	760 - 850
Высоколегированные стали	1140 - 1160	870 - 950
Медные сплавы	750 - 850	600 - 700
Алюминиевые сплавы	470 - 500	350 - 400
Магниевые сплавы	370 - 430	300 - 350
Титановые сплавы	930 - 1150	800 - 900

При нарушении режимов нагрева под обработку давлением наблюдается пережог или перегрев.

При превышении верхнего температурного интервала у сталей наблюдается пережог- оплавление и окисление по границам зерен, в результате чего нарушается связь между зернами и металл теряет пластичность. Такой металл пригоден только для переплавки.

Ниже температур пережога находится область температур перегрева.Она характеризуется тем, что в нагреваемом металле происходит процесс непрерывного роста зерен (собирательная рекристаллизация). Чем продолжительнее находится металл при этой температуре и чем выше эта температура, тем интенсивнее рост зерна. Увеличения зерна стали приводит к потере ее прочности. Перегрев является исправимым браком. Перегретые стали подвергаются отжигу и повторной обработке.

К основным операциям ковки относятся: осадка, протяжка, прошивка, обрубка, гибка, скручивание.

Осадка - операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения.

Осадку применяют:

• для получения поковок с большими поперечными размерами при относительно малой высоте (зубчатые колеса, диски и т.п.);

• как предварительную операцию перед прошивкой при изготовлении пустотелых поковок (колец, барабанов);

• как предварительную операцию для уничтожения дендритной структуры слитка и улучшения механических свойств изделия.

Протяжка- операция удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения.

Прошивка- операция получения полостей (отверстий) в заготовке за счет вытеснения металла.

Обрубка - отделение части заготовки.

Гибка- операция придания заготовке изогнутой формы по заданному контуру.

Скручивание- операция, посредством которой часть заготовки поворачивается вокруг продольной оси. При скручивании обычно одну часть заготовки зажимают между бойками, другую разворачивают с помощью различных приспособлений (вилок, воротков).

Технологические требования к детали, получаемых из кованых поковок, сводятся главным образом и тому, что поковки должны быть наиболее простыми, очерченными цилиндрическими поверхностями и плоскостями. Следует избегать в поковках конических и клиновых форм. В поковках необходимо избегать ребристых сечений, бобышек, выступов и т.п., учитывая, что эти элементы в большинстве случаев изготовить ковкой невозможно. В местах смежной конфигурации необходимо прибегать к напускам в целях упрощения конфигурации поковки.

Напускомназывают дополнительный объем металла, добавляемый к поковке для упрощения ее формы, что облегчает процесс ковки. Чертеж поковки составляют на основании чертежа готовой детали, при этом устанавливают припуски на обработку резанием, допуски на ковку и при необходимости напуски на поковку.

Припуск- поверхностный слой металла в поковке, подлежащей удалению механической обработкой для получения требуемых размеров и качества поверхности готовой детали. Величина припуска зависит от размеров поковки, ее конфигурации, типа оборудования, применяемого для изготовления поковки и других факторов.

Допуск- допустимое отклонение от номинального размера поковки, проставленного на ее чертеже, т.е. разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами поковки. Допуск назначают на все размеры поковки.

Напуски, допуски и припуски назначают в строгом соответствии с ГОСТами.