4 Технология ковки и штамповки

Обработка металла кузнечным способом включает свободную ковку, горячую и холодную штамповку. При ковке металл между плоскими бойками свободно течет в стороны, поэтому ковку называют свободной. При штамповке течение металла ограничено стенками рабочей плоскости (ручья) штампа и происходит по заданным направлениям до определенного предела. Форма и размеры ручья штампа полностью определяют конфигурацию изготовляемой поковки.

Ковка и штамповка характеризуются большой неравномерностью деформации, вызываемой контактным трением и другими факторами, влияющими на распределение деформаций по обрабатываемому телу.

Для оценки величины деформации при ковке и штамповке используют коэффициент уковки, который для случая осадки выражается в виде:

K_ос =,

где F₁ – меньшая площадь поперечного сечения исходной заготовки, мм²;

F₂ – большая площадь поперечного сечения поковки, мм².

Коэффициент уковки подсчитывают по размерам, характеризующим основную деформацию, например, при осадке – по линейным размерам вдоль осадки или по площадям, перпендикулярным направлению осадки.

При нескольких операциях ковки общий коэффициент уковки равен произведению частных коэффициентов:

К_общ=К₁К₂….К_n.

Общим коэффициентом уковки определяют полную степень проковки стали. Чем больше уковка, тем лучше прокован металл, тем выше его механические свойства.

Ковка – процесс обработки давлением нагретого металла между верхним бойком и наковальней (нижним бойком). Процесс состоит из чередования в определенной последовательности основных операций (осадка, высадка, вытяжка и др.).

Нагретую заготовку укладывают на нижний боек и верхним бойком последовательно деформируют на отдельных участках. При этом металл свободно течет в стороны, не ограниченные рабочими поверхностями инструмента.

Заготовка, полученная ковкой, называется – поковкой и в дальнейшем подвергается механической обработке.

Методом свободной ковки получают все крупные поковки массой до 250т и более. Мелкие и средние поковки обрабатывают свободной ковкой небольшими партиями. Исходным материалом при свободной ковке служат слитки, блюмы, болванки и прутковые катаные заготовки.

Инструмент, применяемый для свободной ковки, показан на рисунке 4. Кроме рабочего инструмента (бойков различной формы), используют также мерительный (кронциркули, угольники) и вспомогательный (клещи, вилки, патроны) инструменты.

Рисунок 4 – Инструменты, применяемые при свободной ковке:

а – бойки; б – обжимка; в – наметки, пережимки, раскатки;

г – топоры; д – прошивни.

Ковку подразделяют на ручную и машинную. Ручной ковкой получают мелкие поковки при ремонтных работах.

Молотами называют машины ударного действия, в которых энергия привода перед ударом преобразуется в кинетическую энергию линейного движения рабочих масс с закрепленным на них инструментом – бойком, а во время удара преобразуется в полезную работу деформируемого металла заготовки.

При ударе бойка по заготовке часть энергии расходуется на ее деформацию, а остальная поглощается нижним бойком или его основанием (шаботом). Коэффициент полезного действия молота определяется как отношение полезной работы деформации А_Д ко всей энергии удара А:

.

Чем больше масса шабота, тем выше коэффициент полезного действия молота. Практически масса шабота примерно в 15 раз больше массы падающих частей, что обеспечивает  = 0,8-0,9.

Для приводов молотов обычно используют пар, сжатый воздух или газ, жидкость под давлением.

Паровоздушные молоты приводятся в действие паром или сжатым воздухом, поступающим от котла или компрессора. Поступая под поршень рабочего цилиндра, энергоноситель поднимает подвижные части молота, а затем, поступая в верхнюю часть цилиндра, разгоняет поршень и связанные с ним части до скорости 6-7 м/с, нанося удар. Ковочные паровоздушные молоты строят с массой падающих частей 1000 – 8000 кг, что позволяет изготавливать поковки средней массы преимущественно из прокатных заготовок.

Пневматические молоты приводятся в действие сжатым воздухом и применяются для ковки мелких заготовок (до 20 кг).

Для изготовления крупных поковок из слитков применяют гидравлические прессы. В отличии от молотов деформация металла в них осуществляется статическим давлением, т.е. постепенно в течение нескольких десятков секунд. Усилие (5 – 1000 кН) вниз создается с помощью жидкости (эмульсии или минерального масла).

Выбор оборудования для ковки проводится по требуемой массе падающих частей молотов или усилию пресса в зависимости от размеров заготовки и операции ковки.