IV. КУЗНЕЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ (ОСНОВНЫЕ)

I. ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

В основные промышленные процессы обработки металлов давлением входят: прокатка, ковка, штамповка, прессование и волочение.

Производство проката определяет уровень развития многих отраслей промышленности. Свыше 80% выплавляемого металла подвергается прокатке. Прокаткой получают большое число готовых изделий: рельсы, балки, уголки, швеллеры, лист, ленту, трубы, бандажи, колеса и т.д., а также и заготовки для ковки, штамповки, прессования и волочения.

Свободную ковку применяют для изготовления крупных поковок из слитков, а также средних и мелких поковок из прокатанной заготовки. При свободной ковке вся заготовка или ее участки подвергаются действию бойка молота или пресса, на боковые же поверхности заготовки инструмент, как правило, не действует. Происходит обжатие заготовки (уменьшается высота) при одновременном изменении площади ее поперечного сечения.

Для массового производства мелких и средних поковок применяют объемную штамповку на прессах или молотах. Под действием давления заготовка деформируется и заполняет полости штампа. Для производства автомобилей, самолетов, тракторов и т.п. широко используют различные профили, полученные штамповкой из листа. Свободную ковку, объемную и листовую штамповку применяют в основном на машиностроительных заводах.

Прессование (выдавливание) применяют для получения разнообразных сплошных и полых профилей из цветных металлов, сталей и сплавов.

Проволоку, прутки и трубы можно получать волочением. При волочении заготовка протягивается через отверстие в волоке, площадь ее поперечного сечения уменьшается, а иногда при этом изменяется и форма сечения.

Процессы обработки металлов давлением эффективно заменяют другие способы изготовления металлических изделий. Например, изготовление шестерен, гладких и ступенчатых валов, поршневых пальцев различными процессами обработки металлов давлением дает 25-35% экономии металла и на 20-30% снижает трудоемкость по сравнению с обработкой резанием. Способы обработки давлением широко применяются для изготовления изделий из хрупких, малопластичных тугоплавких труднодеформируемых металлов (сплавы на основе титана, молибдена, вольфрама, циркония и т.п.), обработка которых другими методами затруднена или вообще невозможна.

В области машиностроения и металлообработки неуклонно повышается удельный вес обработки металлов давлением, широко применяется в промышленности объемная штамповка.

II. КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Ковка и штамповка являются широко распространенными способами получения фасонных штучных заготовок и деталей машин. Изделия, выполненные ковкой, называют поковками, изготовленные штамповкой – штампованными поковками или деталями. Ковкой и штамповкой можно получать изделия с высокими механическими свойствами при минимальном расходе металла.

Многообразие форм, размеров и материалов деталей машин определяют многообразие технологических процессов и видов оборудования кузнечно-штамповочного производства.

В зависимости от сортамента продукции, объема выпуска и назначения изделий можно рассматривать структуру подразделений кузнечно-штамповочного производства:

1. Кузнечные цехи ковки, изготовляющие единичные и мелкосерийные изделия; чаще всего встречаются на металлургических, судостроительных и других заводах.

2. Кузнечно-прессовые цехи ковки, изготовляющие единичные и мелкосерийные поковки значительной массы до 250 тонн и более.

3. Ковочно-штамповочные цехи, выпускающие поковки массой до 1000 кг крупносерийного и массового производства, предназначенные для изготовления автомобилей, тракторов, самолетов и других машин.

4. Холоднопрессовые цехи, изготавливающие изделия холодной штамповкой из листового материала.

5. Специализированные цехи, которые определяются типом выпускаемых массовых изделий (крупные, рессорные, метизные и др.) или типом установленного оборудования (например, цех холодновысадочных автоматов и др.).

В качестве исходных заготовок для ковки и штамповки применяют слитки и прокат. В результате изменяется структура исходной заготовки: при ковке слитка возникает волокнистая макроструктура, при обработке деформированного полуфабриката исходные волокна изменяют направление и ориентируются по направлению течения металла и форме изделия.

Волокнистая структура определяет анизотропию механических свойств изделия, поэтому рекомендуется учитывать направление волокон в заготовке. Волокна должны либо огибать контур детали, либо совпадать с направлением максимальных эксплуатационных напряжений в детали. Перерезать волокна при механической обработке поковок нежелательно.

Степень изменения (проработки) исходной структуры в поковке косвенно характеризуют коэффициентом или степенью укова.

Коэффициент укова показывает, во сколько раз изменилось исходное сечение, и используется для расчета исходной заготовки. С повышением укова механические свойства металла в направлении течения металла повышаются, но до определенного предела.

Практически для слитков конструкционной стали рекомендуется уков не ниже 2,5-3, а для проката 1,1-1,3. Для сталей карбидного класса с целью разрушения карбидов рекомендуется повышенный уков не менее 10-12.

Поковки, как правило, отличаются от деталей, для которых они служат заготовками, по форме и размерам. Эти отклонения зависят от несовершенства технологий, оборудования кузнечно-штамповочного производства и смежных с ним процессов термической, механической обработки и т.д.

Слой металла, предусматриваемый на поверхности готовой детали для гарантии качества последней, называют припуском. Необходимость припуска увеличивает размеры и массу поковки.

В некоторых случаях ковкой и штамповкой невозможно или нецелесообразно выполнить точную форму детали. Слой металла сверх припуска, упрощающий конфигурацию поковки, называют напуском. Напуски дополнительно увеличивают массу поковки.

Поковки одной партии невозможно получить с абсолютно одинаковыми размерами согласно номинальным размерам чертежа. Поэтому на все размеры поковок назначают допустимые отклонения (допуски), характеризующие их точность.

С точки зрения расхода металла – основной стоимости готовой детали – наименее выгодна свободная ковка и наиболее выгодна холодная штамповка.

Однако целесообразность того или иного способа производства определяется еще многими факторами, в том числе возможностями оборудования, стоимостью передела, серийностью изделий и др.

III. СВОБОДНАЯ КОВКА

Ковкой называют процесс обработки давлением, при котором металл деформируется многократным и прерывным воздействием универсального инструмента, постепенно приобретая заданную форму и размеры. При ковке металла между плоскими бойками имеет место свободное течение его в стороны, поэтому такая ковка получила название свободной.

СУТЬ

Заготовку (кусок металла) предварительно нагревают до пластического состояния и подвергают многократной и прерывистой обработке ударами ручного или механизированного молота, либо силой давления специального ковочного пресса до получения заданной формы и размеров. Такой процесс называют свободной ковкой потому, что металл при деформировании течет свободно в направлениях, не ограниченных поверхностями инструмента. Необходимо помнить, что при этом меняются не только форма и размеры заготовки, но и структура металла и его механические свойства. У правильно откованного изделия механические показатели обычно выше, чем у литого. Изделие, получаемое в процессе ковки, называется п о к о в к о й. Ковкой изготовляют всевозможные детали: валы, бандажи для вагонных колес, шатуны, болты, клапаны и др.

Свободная ковка экономически выгодна при получении фасонных заготовок стальных деталей с высокими механическими свойствами в условиях индивидуального и мелкосерийного производства. Ковка (свободная) является универсальным процессом кузнечно-штамповочного производства, так как позволяет получать поковки широкого сортамента, массой от нескольких килограммов до 300 тонн и более. Для изготовления крупных поковок (примерно от 2 тонн и выше) ковка – единственно возможный способ.

Тяжелые поковки, масса которых измеряется тоннами, изготовляют из слитков. Поковки массой примерно до 1 тонны получают из блюмов. Для мелких поковок в качестве заготовок используют разнообразный сортовой прокат: круглый, квадратный, полосовой и т.д.

К преимуществам ковки по сравнению с другими способами обработки металлов, например литьем, резанием, штамповкой, относятся: ее универсальность в отношении веса, формы и размеров партии изготовляемых заготовок; обеспечение высоких механических свойств металла в изделиях; отсутствие затрат на дорогостоящую технологическую оснастку; возможность использования сравнительно маломощных машин–орудий благодаря концентрированному приложению усилий ковки в ограниченном бойками небольшом объеме деформируемого металла.

В промышленности свободная ковка применяется для изготовления поковок шестерен, турбинных роторов и дисков, валов, шатунов, колец и других ответственных деталей машин. Свободная ковка является пока незаменимой в производстве крупных деталей, несмотря на ряд присущих ей недостатков. К ним относятся, например, сравнительно низкая производительность труда и небольшая точность ковки, вызывающая необходимость значительных припусков и напусков металла, что приводит к повышению расхода материала и стоимости готовых деталей.

Свободная ковка разделяется на ручную и машинную. Ручная ковка применяется редко, главным образом в ремонтных мастерских при изготовлении небольших поковок и почти не имеет промышленного применения на заводах. Машинная ковка производится на ковочных молотах и прессах и имеет большие преимущества перед ручной, так как позволяет изготовлять поковки большой массы в любом количестве и с более высокой точностью.

На молотах изготовляют поковки массой от 0,5 до 100 кг, используя в качестве исходного материала сортовой прокат сечением до 250х250 мм и обжатую болванку сечением до 450х450 мм. На гидравлических ковочных прессах изготовляют поковки массой от 100 кг до 230 т, из стальных слитков массой от 1,2 до 350 т.

На рисунке показана одна из машин, на которых производят эти операции. Принцип работы ковочного молота следующий.

Рисунок. Конструкция пневматического молота.

Пневматический молот имеет два параллельных цилиндра — рабочий 4 и компрессорный 5. Поршень 3, который движется в рабочем цилиндре, связан с бабой-бойком 2. Движение поршня 8 осуществляется кривошипношатунным механизмом 9. Поршень поочередно сжимает воздух в нижней и верхней полостях компрессорного цилиндра и нагнетает его в полость рабочего цилиндра по каналам 6. В результате баба опускается и поднимается. Впуск и выпуск воздуха из цилиндра осуществляется посредством кранов 7, управляемых педалью 1. Масса падающей части пневматических молотов колеблется от 50 до 1000 кг.

IV. КУЗНЕЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ (ОСНОВНЫЕ)

Основные кузнечные операции и приемы как свободной ручной ковки, так и машинной одни и те же. Количество ковочных операций сравнительно невелико, и применяются они в процессе изготовления поковки комплексно и в определенной последовательности. К числу основных кузнечных операций относятся: вытяжка (протяжка), осадка и высадка, прошивка (пробивка), рубка, гибка, правка, сварка и др.

Рисунок. Основные кузнечные операции

1 и 2. Осадка и высадка

Осадкой называется кузнечная операция, предназначенная для увеличения площади поперечного сечения заготовки за счет уменьшения ее высоты. Поковки дисков, зубчатых колес и подобных им деталей изготовляют только осадкой. Осадка производится бойками или осадочными плитами.

Разновидностью осадки является высадка, состоящая в увеличении сечения части заготовки за счет уменьшения ее высоты. Остальная часть заготовки при этом почти или совсем не изменяется. Высадкой получают поковки типа фланцев, дисков с бобышками, головки и местного утолщения на длинных стержнях.

3. Вытяжка.

Вытяжкой (или протяжкой) называется кузнечная операция, посредством которой увеличивается длина исходной заготовки за счет уменьшения площади ее поперечного сечения.

Вытяжка является очень важной кузнечной операцией и применяется не только для изменения формы, но и для улучшения качества металла. При правильном термомеханическом режиме ковки слитка происходит заковка внутренних дефектов усадочного происхождения и повышение механических свойств металла в осевом направлении. Производительность ковки в значительной мере зависит от приемов ковки, температурных условий и используемого инструмента при вытяжке.

Вытяжка применяется:

а) для увеличения длины заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения;

б) для увеличения ширины (расплющивание, уширение, разгонка) за счет уменьшения высоты;

в) для увеличения длины или длины и диаметра (раската) пслых заготовок за счет уменьшения толщины стенок.

Изготовление поковок методом вытяжки может производиться как кувалдой, так и плоскими бойками молота с помощью обычного кузнечного инструмента (фасонные обжимки, раскатки, пережимки, оправки я др.) или же специальной оснастки в виде штампов, приспособлений, вырезных и фасонных бойков.

Процесс вытяжки осуществляется последовательным обжатием заготовки с периодической подачей вдоль ее оси и поворотами (кантовкой) вокруг этой оси. Два последовательных обжима заготовки с промежуточным поворотом вокруг ее оси на 90° называют переходом. Количество переходов, необходимое для получения заданной длины заготовки, определяет интенсивность процесса вытяжки, т. е. степень укова. Степень укова повышается с уширением и удлинением заготовки при каждом обжиме.

В практике свободной ковки различают три основных приема вытяжки.

Первый прием — вытяжка на плоских бойках по всей длине участка слитка или заготовки с одной стороны, затем кантовка на 90°;и вытяжка с другой стороны. Длинные и тяжелые заготовки при вытяжке весьма часто изгибаются на наковальне или в бойках концами книзу. Чтобы исправить изгиб такие заготовки кантуют сперва на 180°, а затем уже на 90°.

Второй прием — поочередная вытяжка на плоских бойках каждой стороны по винтовой линии. Этот прием несколько сложнее, менее производителен и применяется в основном при ковке твердых инструментальных сталей и металлов, имеющих низкую скорость рекристаллизации при температуре ковки.

Третий прием — вытяжка в вырезных бойках или в комбинации плоских бойков с вырезными. Данный прием применяют обычно при ковке легированной и высоколегированной стали с пониженной пластичностью. В этом случае благодаря боковому давлению, создаваемому жесткими стенками инструмента, повышаются сжимающие напряжения и, как следствие, увеличивается пластичность металла. Наряду с этим поковки получаются более точные по форме и размерам, а скорость вытяжки повышается на 20—40%.

При вытяжке необходимо соблюдать следующие правила:

1. Чтобы избежать образования трещин при вытяжке слитка, первая степень обжатия за один удар молота должна быть малой, особенно для высоколегированной стали.

2. Для получения более мелкого и однородного зерна в поковке степень обжатия при последующих переходах должна быть на 15—20% больше высоты заготовки.

3. При вытяжке заготовок прямоугольного сечения необходимо, чтобы высота заготовки была меньше 2-2,5-кратной ширины ее.

4. Вытяжку слитка следует начинать с его середины с целью вытеснения в отходы наиболее неоднородного и загрязненного металла.

5. Вытяжку длинных заготовок обычно производят от середины к концам, а коротких заготовок лучше начинать от конца.

6. Подачу крупных поковок ведут «от себя», т.е. по направлению от рабочего места кузнеца. Подачу мелких поковок производят в обратном направлении, т.е. «на себя».

7. Для получения гладкой поверхности поковки при вытяжке необходимо, чтобы величина подачи была не больше 0,4-0,75 ширины бойка.

8. Не рекомендуется производить непосредственную вытяжку круглого сечения заготовки, так как это может привести к образованию трещин.

9. Для получении поковки круглого сечения сначала вытягивают заготовку на квадрат, сторона которого должна быть примерно на 2-3% меньше диаметра требуемого круга, затем с квадрата на восьмигранник и с восьмигранника на круг. Отделку круглого сечения производят в обжимках пли вырезных бойках.

4. Прошивка

Прошивкой, или пробивкой, называется кузнечная операция, посредством которой в заготовках получают сквозные или глухие отверстия. Небольшие отверстия выполняются ручной ковкой при помощи пробойников (бородков) различных форм (круглых, квадратных, плоских и фигурных).

Прошивка больших по диаметру и глубоких отверстий осуществляется на молотах с помощью прошивней (сплошных и пустотелых), надставок и оправок.

Часть металла, удаляемого при прошивке, принято называть выдрой.

При ручной ковке отверстия прошиваются с одной или двух сторон.

При прошивке отверстий с одной стороны заготовка устанавливается на подкладное кольцо, диаметр которого больше прошиваемого отверстия, а сверху наставляется пробойник (бородок) и ударами кувалды вдавливается в металл, прошивая насквозь заготовку. Образование отверстия прошивкой с двух сторон производится также с помощью бородка, выдавливаемого поочередно с обеих сторон заготовки.

В невысоких поковках образование отверстия сплошным прошиванием производят сначала с одной стороны, примерно на 3/4 его глубины, затем заготовку кантуют на 180° и вторым прошивнем легкими ударами молота заканчивают прошивку. Для получения отверстий в тонких поковках часто сквозную прошивку производят с подкладными кольцами, внутренний диаметр которых должен быть больше диаметра прошивня.

Отверстия большого диаметра в крупных поковках прошиваются пустотелым прошивнем.

При недостаточной высоте прошивня пользуются надставками, наружный диаметр которых на 15-30 мм меньше наружного диаметра прошивня.

5. Гибка и правка

Гибкой (или гибом) называется кузнечная операция, с помощью которой заготовке придается изогнутая форма по заданному контуру. Она может производиться в холодном и горячем состоянии. Холодной гибке подвергаются главным образом полосы и прутки незначительного поперечного сечения (толщиной или диаметром 10-12 мм).

В процессе гибки происходит искажение первоначальной формы поперечного сечения заготовки, и чем меньше радиус изгиба, тем это искажение больше. Наружная поверхность в месте изгиба подвергается утяжке металла, а внутренняя - сжатию. Для сохранения формы сечения и профиля заготовки в месте изгиба производят утолщение металла путем высадки или дополнительной подсадки и правки места изгиба. Нагрев заготовки для гибки обычно производят только в зоне изгиба.

Правка - кузнечная операция, применяемая для устранения общей или местной кривизны. Для исправления кривизны поковок применяют холодную « горячую правку. Холодная правка допускается только при нагрузках и деформациях, не превышающих предела текучести. Иначе не исключена опасность образования трещин в изделиях.

Для ответственных деталей, работающих в процессе эксплуатации при знакопеременных нагрузках, не рекомендуется применять холодную правку и правку вручную ударами боевого молота. Лучше эту операцию выполнять в горячем состоянии при температуре 680-700°С и выше.

6. Закручивание

Кузнечная операция, посредством которой одну часть заготовки поворачивают по отношению к другой под определенным углом вокруг общей продольной оси. Закручивание применяется при изготовлении коленчатых валов с коленами, расположенных в различных плоскостях, стенных болтов, стоек для изгородей, спиральных сверл и т.п.

7. Рубка металла

Рубкой называется кузнечная операция, применяемая для разделения большой заготовки на части и для отделения части материала по наружному или внутреннему контуру для получения фасонных поковок.

Рубка металла может производиться как в горячем, так и в холодном состоянии. В холодном виде рубят только тонкие и узкие полосы и прутки сечением до 15-20 мм из мягкой стали, а из средне- и высоколегированных - обязательно с нагревом до 850-950°С.

Рубка заготовок сечением более 40-50 мм в поперечнике производится с помощью топоров разной формы, а мелких - с помощью кузнечных зубил и подсечек.

При рубке металла в горячем состоянии зубило следует периодически охлаждать в холодной воде.

При рубке металла в холодном состоянии режущую кромку зубила необходимо смазывать машинным маслом с целью увеличения его стойкости и уменьшения трения. В зависимости от назначения и условий работы рубка топорами может выполняться различными приемами.

При рубке с одной стороны на заготовку накладывают топор и легкими ударами молота производят разрубку до получения перемычки толщиной 25-30 мм. Затем заготовку кантуют на 180° и над перемычкой ставят квадрат или топор и ударами верхнего бойка производят окончательную разрубку. Крупные заготовки прорубают высокими топорами по всему поперечному сечению; при недостаточной высоте топора накладывают квадраты.

Рубка с двух сторон применяется для поковки большого сечения и при отсутствии топоров высоких размеров. Топором соответствующей формы прорубают поковку до половины высоты, затем ее кантуют на 180° и производят окончательную разрубку. При этом образовавшийся заусенец срубают тем же топором.

Рубка с трех сторон применяется при обработке крупных слитков и круглых заготовок. При рубке на плоских бойках первые две стороны рубят длинными топорами, третью — короткими. При рубке с верхним плоским и нижним вырезным бойками используются фасонные (трапецеидальные) топоры.

Рубка с четырех сторон применяется для крупных заготовок, если хотят получить срез без заусенцев. Поковку последовательно надрубают с каждой стороны, в прорезь вводят высокий тоиор и легкими ударами молота производят окончательную разрубку.

Ручная рубка с применением зубила производится с одной или двух сторон. Обычно кузнецы полностью не разрубают заготовку, а ломают вручную в местах надруба, что предохраняет зубило от поломки и исключает ранения работающих.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: