Сущность ковки. Операции свободной ковки. Характеристики деформации при ковке

Ковка представляет собой широко распространенный способ обработки металлов давлением с целью получения изделий, называемых поковками.

Ковка – способ обработки давлением, при котором деформирование нагре-того (реже холодного) металла осуществляется или многократными ударами молота или однократным давлением пресса.

Формообразование при ковке происходит за счет пластического течения металла в направлениях, перпендикулярных к движению деформирующего ин-струмента. При свободной ковке течение металла ограничено частично, тре-нием на контактной поверхности деформируемый металл – поверхность ин-струмента: бойков плоских или фигурных, подкладных штампов.

Различают ручную и машинную свободную ковку, которые осуществля-ются с помощью различного кузнечного инструмента (рисунок 41). Ручную ковку применяют главным образом при ремонтных и сборочных работах, а также при изготовлении мелких поковок в небольшом количестве.

Машинная свободная ковка осуществляется с применением кузнечно – прессовых машин. Мелкие и средние по массе поковки (массой до 750 кг) изготовляют на молотах, а крупные (массой до 350 т) – на прессах.

а

б

в

а – обжимки; б – наметки, пережимки, раскатки; в – прошивки

Рисунок 41 – Основной кузнечный инструмент

Технологические процессы ковки представляют собой различное сочета-ние и последовательность основных и вспомогательных операций, таких как осадка, протяжка, прошивка, гибка, кручение, рубка, кузнечная сварка, а также операции отделки и термической обработки (если это требуется).

Осадка – это операция, при которой за счет обжатия по высоте увеличи-вается площадь поперечного сечения заготовки, перпендикулярного к деформи-рующей силе (рисунок 42, а).

Осадка является основной операцией для получения формы поковки, но может применяться также как промежуточная для устранения литой структуры или анизотропии свойств металла.

При выполнении осадки требуется, чтобы инструмент перекрывал заго-товку. Вследствие трения боковая поверхность осаживаемой заготовки приоб-ретает бочкообразную форму, это 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 ка-чество металла и одинаковые его свойства по всем направлениям.

Во избежание продольного изгиба заготовки необходимо, чтобы при осад-ке выполнялось следующее условие:

,

где и – соответственно начальная толщина, ширина или диаметр заготовки, мм.

Деформация металла при осадке характеризуется коэффициентом ковки:

, (62)

где – коэффициент ковки при осадке; – толщина поковки после осад-ки, мм; – площадь поперечного сечения заготовки и поковки, мм².

Разновидностью осадки является высадка части заготовки. Высадка мо-жет быть осуществлена при нагревании только определенной части заготовки (на конце или в середине) или ограничением деформации части заготовки коль-цевым инструментом (рисунок 42, б).

Очень важным условием при осадке является условие плоской (двумерной) деформации, т.е. деформации без уширения: при (где и – соответ-ственно начальные длина и ширина заготовки, мм) деформация является дву-мерной, и металл течет только в направлении длины.

Усилие при осадке определяется по той же формуле, что и при прокатке

.

Однако контактная площадь определяется иначе

, (63)

где – ширина и длина полученной поковки, мм.

Среднее давление металла на инструмент можно определять, как и при

прокатке по формуле

.

а – осадка; б – высадка; в – протяжка; г – рубка; д – прошивка; е – раскат-ка; ж – рубка; з – кручение; и - сварка

Рисунок 42 – Операции свободной ковки

Однако в отличие от процесса прокатки коэффициент напряженного состо-яния при ковке определяется весьма сложно и в зависимости от отношения определяется по-разному.

Таким образом

1) при отношении >2+и 0<<0,5

, (64)

где – толщина поковки, мм; – коэффициент трения в процессе ковки.

2) при 2<<2+и 0<<0,5

. (65)

3) при 2 и 0<<0,5

. (66)

4) при 2 и 0,5

. (67)

Сопротивление металла деформации при ковке необходимо определять по уравнению Л.В. Андреюка – Г.Г. Тюленева.

Скорость деформации при операциях ковки определяется из выражения

, (68)

где – высотная деформация при осадке, определяемая как и при прокат-ке; – абсолютное обжатие, мм; – скорость осадки, м/с.

Протяжка – операция, в процессе которой длина заготовки увеличивается за счет уменьшения ее поперечных размеров при последовательных по длине нажатиях бойками.

При протяжке в отличие от осадки заготовку обрабатывают участками при последовательной подачи ее под бойки молота или пресса (рисунок 42, в).

Если сечение нужно уменьшать за счет толщины и ширины заготовки, то после каждой подачи производится осаживание толщины и затем после кан-товки на 90 ⁰ – осадки ширины.

Металл, осаживаемый участками по высоте, течет в направ­лении длины и ширины. К деформируемому за каждый обжим участку с обеих сторон при-мыкают участки, не подвергающиеся непосредственно действию инструмента. Эти участки сдерживают течение металла в направлении ширины и прину-дительно вырав­нивают деформации в длину по всей ширине.

Так как целью протяжки является увеличение длины за счет уменьшения сечения, необходимо обжим осуществлять так, чтобы течение металла в шири-ну было минимальным. Этого достигают об­жимом малыми подачами при ма-лом отношении подачи к ширине заготовки. Однако при малых подачах увели-чивается число об­жимов и снижается производительность.

Для интенсификации процесса протяжки и получения достаточно гладкой поверхности подачу следует принимать в следующих пределах

, (69)

где – величина подачи заготовки, мм; – ширина бойков, мм.

Для определения размеров заготовки после обжатия вводится понятие уковки. Уковка – это коэффициент вытяжки за обжатие:

, (70)

где – коэффициент уковки при протяжке; – площадь поперечно-го сечения заготовки до протяжки и поковки после протяжки, мм².

Кроме того, при осадке и протяжке показателем деформации является высотная деформации

.

Удельное усилие (т.е. усилие, приходящееся на единицу площади или среднее давление) при протяжке определяется по формуле

. (71)

Осадка и протяжка являются основными операциями свободной ковки.

Помимо них к операциям ковки относятся следующие.

Рубка, которую применяют для разделения заготовки на несколько частей или для удаления концов поковок при помощи зубил и кузнечных топоров (ри-сунок 42, г).

Рубка производится в холодном и горячем состоянии. В холодном сос-тоянии рубят тонкие и узкие полосы и прутки сечением 15 – 20 мм. Более тол-стые заготовки нагревают.

Схема рубки основана на действии деформирующей силы на малую пло-щадь соприкосновения инструмента с заготовкой, а реакция этой силы со сто-роны нижней части распределена по большой поверхности заготовки, и плас-тической деформации здесь не возникает.

В зависимости от габаритов и формы заготовок используют следующие спо-собы рубки:

- с одной стороны – для тонких заготовок;

- с двух сторон, сначала осуществляется предварительная надрубка заготовки на 0,5 – 0,75 высоты, после кантовки на 180⁰ проводится окончатель-ная рубка;

- с трех сторон – для круглых и крупных заготовок, осуществляются две надрубки на глубину 0,4 диаметра заготовки с кантовкой на 120⁰, после второй кантовки на 120⁰ проводят окончательную рубку;

- с четырех сторон – для крупных заготовок, после надрубки с четырех сто-рон в центре остается перемычка прямоугольного сечения, по месту которой производят разделение заготовки на части.

Прошивку применяют с целью получения сквозных или глухих отверстий в металле при помощи прошивня (рисунок 42, д), который может быть сплошным или пустотелым. Сквозное отверстие обычно получают за два прохода. Сначала на заготовке, уложенной на подкладное кольцо, прошивнем делается наметка отверстия, затем заготовка кантуется на 180⁰ и прошивается сквозное отверстие с удалением отхода, называемого выдрой. Прошитая заготовка далее может раскатываться подиаметру.

Раскатка по диаметру (рисунок 42, е) осуществляется с применением оп-равки, что приводит к утонению кольца и увеличению его диаметра. Заготовка опирается внутренней поверхностью на цилиндрическую оправку, устанавлива-емую концами на подставках, и деформируется между оправкой и узким длин-ным бойком. После каждого обжатия заготовку поворачивают относительно оп-равки.

При гибке заготовку изгибают по заданному контуру (рисунок 42, ж). Гиб-ку можно осуществлять при зажатии одного конца заготовки между бойками ударами кувалды по другому концу. Крупные заготовки подвергают гибке в специальных гибочных штампах или нагибочных машинах.

Гибка сопровождается искажением первоначальной формы поперечного сечения заготовки и уменьшением его площади в месте изгиба (утяжка). Для компенсации утяжки в зоне изгиба заготовке придают увеличенные поперечные размеры. При гибке возможно образование складок по внутреннему контуру и трещин по наружному. Для избежания этого явления по заданному углу изгиба подбирают соответствующий радиус скругления. Радиус в месте изгиба не дол-жен быть меньше полутора толщин заготовки.

Этой операцией получают угольники, скобы, крючки, кронштейны.

Кручение состоит в повороте одной части заготовки относительно другой на заданный угол (рисунок 42, з). При кручении один конец заготовки зажима-ют между бойками, а на другой надевают вилку. Кручение производят ударом кувалды по противоположному концу вилки или с помощью крана.

Различают два случая:

1) поворот на угол до 180⁰ – для пространственной ориентации отдельных частей;

2) многократное скручивание на 360⁰ – для придания витого характера (используется как элемент украшения композиций решеток, перил, лестниц и т.д.).

Кузнечная сварка состоит в соединении в одно целое отдельных частей по-ковки различными способами: в нахлестку, в разруб, в стык (рисунок 42, и). Место соединения нагревают до температуры 1275 – 1400 ⁰С и сваривают, при-меняя внешнее давление. Такой вид сварки используют для низкоуглеро-дистых сталей с содержанием углерода 0,15 – 0,25 %.

В производственных условиях рассмотренные операции при изготовлении поковок применяются в различном сочетании в зависимости от характера выполняемой работы.

Дата добавления: 2014-01-04