4.1 Особенности процесса свободной ковки

Данная ковка рекомендуется для применения в условиях мелкосерийного и единичного производства для получения высококачественных заготовок с высокими механическими свойствами. Высокие механические свойства в кованом металле определяются равномерным уменьшением размеров зерен под ударной нагрузкой во всех направлениях.

Достоинствами метода является:

• возможность изготовления крупногабаритных деталей;

• улучшение качества металла;

• широкий ассортимент поковок, получаемых на универсальном оборудовании;

• возможность ведения ковки по частям или по элементам, что дает возможность применять его для обработки крупногабаритных заготовок на относительно небольшом и маломощном оборудовании.

Недостатками метода является:

• малая производительность процесса;

• большая трудоемкость процесса;

• большие допуски, припуски и напуски заготовок следствием чего является увеличение объема механической обработки.

Обработка свободной ковкой ведется в горячем состоянии, поэтому ей поддаются практически все старые сплавы, используемые для обработки давлением.

Для улучшения структуры материала при свободной ковке применяется попеременное вращение вокруг продольной оси.

При деформировании необходимо учитывать различную допускаемую скорость течения (деформирования) металла для различных марок сталей (большую скорость деформирования допускают углеродистые стали, меньшую – легированные).

Разница в скорости воздействия ориентировочно такая:

скорость воздействия для молота составляет 6 – 6,5 м/с;

скорость воздействия для пресса составляет 2 – 3 м/мин.

Таблица 1 – Необходимая масса падающих частей молота в зависимости от размера поковки

Масса падающих частей молота, кг	Максимальное сечение исходной заготовки – сторона прямоугольника или диаметр, мм
	Осадка	Высадка
100	50	90
200	70	120
300	85	140
400	100	160
500	115	180
750	135	200
1000	160	230
2000	225	280
3000	270	330
5000	350	400

Возможности процесса свободной ковки:

получение шероховатости Rz 320..80;

коэффициент весовой точности К_вт = 0.3..04 – это отношение массы готовой детали к массе поковки.

При использовании подкладных штампов достигается увеличение: шероховатости до Rz 80…40, коэффициента весовой точности до К_вт = 0,5..0,6, применение подкладных штампов эффективно при партиях деталей более 30 – 50 штук.

Снижение массы и трудоемкости механической обработки происходит за счет значительного снижения напусков.

Снижение трудоемкости изготовления самой заготовки происходит в основном за счет уменьшений времени на деформирование заготовки.

При относительно сложной форме возможно уменьшение припусков и допусков до 15–20%, что дает дополнительный эффект снижения трудоемкости механической обработки.

4.1.1 Основные операции ковки

Наиболее характерные операции свободной ковки показаны на рисунке 5.

Рисунок 5 – Операции свободной ковки:

а – осадка; б, в – высадка; г – протяжка; д – разгонка; е – прошивка,

ж – вытяжка; з – пробивка; и – гибка; к – закручивание; л – рубка;

м – правка; н – кузнечная сварка (соединение в нахлёстку); п – кузнечная сварка (соединение в паз); р – кузнечная сварка (соединение с стык).

Простейшей операцией является осадка (рисунок 5а), в результате которой увеличивается площадь горизонтального поперечного сечения заготовки за счет уменьшения ее высоты. При этой операции требуется, чтобы бойки перекрывали заготовку. Вследствие трения боковая поверхность осаживаемой заготовки приобретает бочкообразную форму, что характеризует неравномерность деформации. Повторяя осадку несколько раз с разных сторон, можно привести заготовку к первоначальной форме или близкой к ней, получив при этом более высокое качество металла и одинаковые его свойства по всем направлениям. Высота исходной заготовки должна быть не больше трех её диаметров, иначе возникает продольный изгиб её. Длину исходной заготовки можно определить по формуле:

,

где Vo– объем отходов, см³;

V_з– объем заготовки, см³;

V_n – объем поковки, см³;

F_з – площадь поперечного сечения заготовки, см².

Средний диаметр заготовки после осадки

,

где Н₀ – высота исходной заготовки;

Н – высота конечной заготовки;

D₀ – диаметр исходной заготовки.

Деформирование осаживаемой заготовки не по всей высоте называется высадкой. Высадку можно осуществить при нагреве только части заготовки, например, в середине (рисунок 5б), либо ограничением деформации на части заготовки кольцевым инструментом (рисунок 5в).

Операция протяжки (рисунок 5г) заключается в нанесении последовательных ударов и передвижении заготовки; при этом между бойками во время удара находится только часть заготовки.

Большая деформация заготовки в направлении ее ширины за счет перпендикулярного расположения оси заготовки относительно ширины бойков, иногда с поворотом на 90⁰ между ударами, называется разгонкой (рисунок 5д).

Внедрение инструмента в металл – прошивка (рисунок 5е).

При вытяжке (рисунок 5ж) происходит увеличение длины заготовки в результате уменьшения площади поперечного сечения.

Площадь поперечного сечения заготовки определяется по формуле:

F_з = F_n × к,

где F_n– площадь поперечного сечения поковки, мм²;

к – степень укова, равная:

для проката 1,3 – 1,5;

для слитка – 1,5 – 2,0.

К операции вытяжки относятся: расплющивание, вытяжка на оправке и раздача на оправке.

• Расплющивание

Расплющиванием достигается увеличение ширины поперечного сечения заготовки за счет уменьшения ее толщины.

• Вытяжка на оправке

Позволяет удлинять полую заготовку путем уменьшения наружного диаметра и толщины стенки.

• Раздача на оправке (раскатка)

Позволяет увеличивать наружный и внутренний диаметры полой заготовки в результате уменьшения толщины стенки.

Пробивкой (рисунок 5з) достигается получение отверстия в поковке. При пробивке заготовка после внедрения в нее инструмента на определенную глубину переворачивается на 180º, и инструмент вводится уже с другой стороны до получения сквозного отверстия.

При гибке (рисунок 5и) поковке придается изгиб в заданном направлении. В процессе гибки сечение поковки изменяет свою форму и площадь. Если уменьшение площади сечения нежелательно, в месте изгиба предусматривается утолщение.

При закручивании (рисунок 5к) происходит смещение одной части поковки по отношению к другой на определенный угол относительно продольной оси. Эта операция упрощает ковку сложных поковок, позволяя вести отковку всех частей поковки в одной плоскости.

При рубке (рисунок 5л) происходит отделение части металла от слитка, прокатанной заготовки или поковки. Рубка крупных поковок под прессом может производиться высоким топором в одном направлении. При ковке на плоских бойках рубка ведется с двух или четырех сторон.

Правка (рисунок 5м) применяется для устранения местной или общей кривизны поковки. Операция правки сходна с операцией гибки.

Разработка технологического процесса ковки состоит из следующих этапов:

• проектирование поковки;

• расчет размеров и массы исходной заготовки;

• назначение кузнечных переходов;

• выбор оборудования;

• определение режимов нагрева и охлаждения;

• назначение термообработки для готовой поковки.