1. Вільне кування, технологія та устаткування.

При одержанні виробів вільним куванням вихідну заготовку (злиток) обробляють багаторазовим впливом з боку бойка молота або преса до набуття тілом заданої форми та розмірів. Вільне кування застосовується в дрібносерійному та індивідуальному виробництві поковок різної маси, у тому числі, і найбільш важких (до 250...300 тонн). Малі га середні поковки (до 0,5 т) виготовляють із катаних заготовок. Більш важкі поковки виготовляють зі злитків круглого, квадратного або багатогранного перерізу.

Величина деформації при вільному куванні визначається або відносною зміною площ поперечного перерізу:

(7.1)

або коефіцієнтом укову:

(7.2)

де F₀, F₁ - площі поперечного перерізу поковки до та після деформації.

Уков показує, у скільки разів змінився поперечний переріз заготовки в процесі кування, тобто характеризує ступінь прокованості металу. Чим більший уков, тим вище механічні властивості металу. На практиці встановлено, що для одержання якісних поковок із конструкційних сталей коефіцієнт укову для злитків повинен бути не менше 2,5...3, а для прокату - 1,1... 1,3. При куванні високолегованих сталей, що містять важкоруйнівні карбіди та евтектики, коефіцієнт укову для злитків потрібно приймати не менше 10...12.

Гаряча обробка металів тиском суттєво впливає на структуру металу. При куванні литого металу первинні кристали (дендрити) дробляться та витягаються в напрямку найбільшої деформації. Метал набуває зернистої мікроструктури в результаті протікання процесів рекристалізації та волокнистої макроструктури через розташування домішок по границях деформованих зерен. У результаті кування метал стає більш міцним та пластичним. Однак внаслідок утворення волокнистої макроструктури метал набуває анізотропії. Збільшення коефіцієнта укову призводить до підвищення характеристик пластичності металу уздовж волокон та падіння їх у поперечному напрямку.

У зв'язку з анізотропією механічних властивостей металу при розробці технологічного процесу виготовлення деталей слід враховувати напрямок волокон: волокна повинні або обгинати контур деталі, або збігатися з напрямком дії напружень під час навантаження деталі і, по можливості, не повинні перерізатися.

Технологічний процес виготовлення поковки можна розділити на основні та допоміжні операції. Основними операціями кування є: осадка, витяжка, прошивання, гнуття, рубання, закручування та ін.

При розробці технологічних операцій виготовлення поковок перш за все роблять креслення самої поковки на підставі креслення готової деталі. З цією метою, відповідно до стандарту, вибираються припуски, допуски та приймаються, якщо потрібно, напуски.

Припуск - передбачене перевищення розмірів поковки проти номінальних розмірів деталі з метою одержання необхідних розмірів та чистої поверхні після остаточної обробки різанням.

Допуск - різниця між найбільшим та найменшим граничними розмірами поковки (припустимі відхилення розмірів).

Напуск - збільшення припуску, що спрощує конфігурацію поковки через неможливість або недоцільність виготовлення поковки за контуром деталі.

Маса поковки або заготовки визначається виходячи з об'єму, що обчислюється за розмірами, позначеними на кресленні. Для обчислення об'єму поковку ділять на частини, які мають найпростіші геометричні форми. Знаючи щільність металу, підраховують масу заготовки.

Загальна маса заготовки (злитка) виходить як сума маси поковки та маси відходів у вигляді прибуткової та донної частин злитка, що видаляються, обсічок поковки, угару металу при нагріванні та підігрівах заготовки.

Площа поперечного перерізу заготовки розраховується за заданим ступенем укову (відповідно до заданого ступеня укову).

Для зіставлення різних технологічних процесів та устаткування за їх ефективністю застосовують узагальнений показник точності, який зветься коефіцієнтом використання металу поковки при механічній обробці:

(7.3)

де G_д і G_п - маса готової деталі і маса кування.

Цей показник характеризує ступінь досконалості форми поковки.

Для поковок, які одержують вільним куванням, зазвичай =0,05...0,3.

Іншим важливим показником, який характеризує ступінь досконалості кувальської технології, є вихід придатного = G_п/G_з, де G_з - маса заготовки. При куванні зі злитка = 0,3...0,7, при куванні з катаної заготовки =0,7...0,9.

Добуток К_вм=К_вт є сумарним коефіцієнтом використання металу протягом усього технологічного циклу одержання готової деталі. При вільному куванні К_вм= 0,02... 0,3.

За розмірами заготовки (злитка) та схемою переходів при куванні визначають типорозмір основного кувального устаткування (молота, преса).

При цьому орієнтуються на найбільш важку операцію даного технологічного процесу.