Прошивка металла – операция получения в заготовке сквозных или глухих отверстий за счет вытеснения металла (рисунок, позиции а и б). Инструментом для прошивки служат прошивни сплошные и пустотелые. Пустотелые прошивают отверстия большого диаметра (400…900 мм).

Схемы прошивки, гибки, штамповки в подкладных штампах

а, б – прошивка; в – гибка; г – штамповка в подкладных штампах

При сквозной прошивке сравнительно тонких поковок применяют подкладные кольца (рисунок, позиция б). Более толстые поковки прошивают с двух сторон без подкладного кольца (рисунок, позиция а). Диаметр прошивня выбирают не более половины наружного диаметра заготовки, при большем диаметре прошивня заготовка значительно искажается. Прошивка сопровождается отходом (выдрой).

Гибка металла

Гибка металла – операция придания заготовке или ее части изогнутой формы по заданному контуру (рисунок, позиция в). 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 должен быть меньше полутора толщин заготовки. Этой операцией получают угольники, скобы, крючки, кронштейны.

Скручивание металла

Скручивание металла – операция, заключающаяся в повороте одной части поковки вокруг общей оси по отношению к другой ее части под определенным углом.

Различают два случая:

• поворот на угол до 180⁰ – для пространственной ориентации отдельных частей;
• многократное скручивание на 360⁰ – для придания витого характера (используется как элемент украшения композиций решеток, перил, лестниц и т.д. – см. Художественная ковка).

К скручиванию относится и свивание нескольких тонких прутков (проволок) в шнуры.

Протяжка металла – кузнечная операция, в результате которой происходит увеличение длины заготовки за счет уменьшения площади ее поперечного сечения.

Протяжка не только изменяет форму заготовок, но и улучшает качество металла. Операция заключается в нанесении последовательных ударов и перемещении заготовки, при этом между бойками во время удара находится только часть заготовки. После каждого обжатия заготовка продвигается на величину, меньшую, чем длина бойка (рисунок, позиция а).

Протягивать можно плоскими (рисунок, позиция а) и вырезными (рисунок, позиция б) бойками.

Протяжка на плоских бойках может выполняться двумя способами:

1. Протяжка выполняется по всей длине слитка или заготовки вначале с одной стороны, а после кантовки на 90^о – с другой стороны и т.д. Большие по длине поковки могут изгибаться в бойках концами вниз. Чтобы исправить изгиб, поковки кантуют сначала на 180^о.
2. Поочередная протяжка на плоских бойках (по винтовой линии) – после каждого обжатия следует кантовка на 90^о в одну и ту же сторону, после каждых четырех обжатий следует подача. Способ более трудоемкий, применяется при ковке твердых инструментальных сталей. При протяжке на плоских бойках в центре изделия могут возникнуть (особенно при проковке круглого сечения) значительные растягивающие напряжения, которые приводят к образованию осевых трещин.

Схемы протяжки и ее разновидностей

Протяжка в вырезных бойках или в комбинации плоских бойков с вырезными используется при ковке легированных сталей с пониженной пластичностью. Благодаря боковому давлению, создаваемому жесткими стенками инструмента повышаются сжимающие напряжения, увеличивается пластичность металла. Получают поковки более точные по форме и размерам. Возрастает скорость протяжки.

При протяжке с круга на круг в вырезных бойках, силы, направленные с четырех сторон к осевой линии заготовки, способствуют более равномерному течению металла и устранению возможности возникновения осевых трещин.

Разновидностями протяжки являются:

• разгонка;
• протяжка на оправке;
• раскатка на оправке.

Разгонка (расплющивание) – операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины (рисунок, позиция в). Операция выполняется за счет перемещения инструмента в направлении, перпендикулярном оси заготовки.

Протяжка на оправке – операция увеличения длины пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенки и уменьшения наружного диаметра (рисунок, позиция г). Протяжку выполняют в вырезных бойках (или нижнем вырезном 3 и верхнем плоском 2) на слегка конической оправке 1. Протягивают в одном направлении – к расширяющемуся концу оправки, что облегчает ее удаление из поковки. Оправку предварительно нагревают до температуры 160…200^о С.

Раскатка на оправке – операция одновременного увеличения наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок (рисунок, позиция д). Заготовка 5 опирается внутренней поверхностью на цилиндрическую оправку 6, устанавливаемую концами на подставках 7, и деформируется между оправкой и узким длинным бойком 4. После каждого обжатия заготовку поворачивают относительно оправки.

Протяжку на оправке и раскатку на оправке часто применяют совместно. Вначале раскаткой уничтожают бочкообразность предварительно осаженной и прошитой заготовки и доводят ее внутренний диаметр до требуемых размеров. Затем протяжкой с оправкой уменьшают толщину стенок и увеличивают до заданных размеров длину заготовки.

Осадка металла – операция обработки металлов давлением, в результате которой уменьшается высота и одновременно увеличиваются поперечные размеры заготовок (рисунок, позиция а). Осадку применяют для получения формы поковки, с целью уменьшения глубины прошивки, для обеспечения соответствующего расположения волокон в будущей детали (при изготовлении шестерней обеспечивается повышенная прочность зубьев в результате радиального расположения волокон), как контрольную операцию (из-за значительной деформации по периметру на боковой поверхности вскрываются дефекты).

При выполнении осадки требуется, чтобы инструмент перекрывал заготовку. Вследствие трения боковая поверхность осаживаемой заготовки приобретает 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 качество металла и одинаковые его свойства по всем направлениям.

Схемы осадки металла и ее разновидностей

Средний диаметр заготовки определяется по формуле:

Осадке подвергают заготовки, для которых высота не превышает 2,5…3 диаметра. В противном случае возможен или продольный изгиб заготовки, или образование седлообразности.

Разновидностями осадки являются высадка и осадка разгонкой торца.

Высадка металла

Высадка металла – кузнечная операция, заключающаяся в деформировании части заготовки (концевой части или середины). Для проведения операции используют местный нагрев, например, в середине заготовки (рисунок, позиция б), или ограничивают деформацию на части заготовки кольцевым инструментом (рисунок, позиция в).

Осадка разгонкой торца позволяет уменьшить высоту и увеличить площадь ранее осаженной заготовки (рисунок, позиция г). Локализация деформации позволяет уменьшить усилие осадки.

Биллетирование – превращение слитка в болванку или заготовку: включает сбивку ребер и устранение конусности. Обжатие при биллетировании составляет 5…20 %. Проковка слитка предназначена для обжатия металла в углах слитка с целью предварительного деформирования литой структуры – дендритов, которые имеют стыки в этих углах. Биллетирование способствует заварке воздушных пузырей и других подкорковых дефектов литой структуры, созданию пластичного поверхностного слоя металла, благоприятно влияющего на дальнейшую деформацию. После биллетирования производят обрубку донной части слитка.

Рубка – применяется для отделения от основной заготовки негодных частей или для разделения заготовки на части. Рубка производится в холодном и горячем состоянии. В холодном состоянии рубят тонкие и узкие полосы и прутки сечением 15…20 мм. Более толстые заготовки нагревают.

Схема рубки основана на действии деформирующей силы на малую площадь соприкосновения инструмента с заготовкой, а реакция этой силы со стороны нижней части распределена по большой поверхности заготовки, и пластической деформации здесь не возникает.

Схема рубки

В зависимости от габаритов и формы заготовок используют способы 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 окончательная 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 сторон в центре остается перемычка прямоугольного сечения, по месту которой производят разделение заготовки на части.

Ковка – способ обработки давлением, при котором деформирование нагретого (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 инструмента. При свободной ковке течение металла ограничено частично, трением на контактной поверхности деформируемый металл – поверхность инструмента: бойков плоских или фигурных, подкладных штампов.

Ковкой получают разнообразные поковки массой до 300 т.

Первичной заготовкой для поковок являются:

• слитки, для изготовления массивных крупногабаритных поковок;
• прокат сортовой горячекатаный простого профиля (круг, квадрат).

Ковка может производиться в горячем и холодном состоянии.

Холодной ковке поддаются драгоценные металлы – золото, серебро, а также медь. Технологический процесс холодной ковки состоит из двух чередующихся операций: деформации металла и рекристаллизационного отжига. В современных условиях холодная ковка встречается редко, в основном в ювелирном производстве.

Горячая ковка применяется для изготовления различных изделий, а также инструментов: чеканов, зубил, молотков и т.п.

Материалом для горячей ковки являются малоуглеродистые стали, углеродистые инструментальные и некоторые легированные стали. Каждая марка стали имеет определенный интервал температур начала и конца ковки, зависящий от состава и структуры обрабатываемого металла.

Операции ковки

Различают ковку предварительную и окончательную. Предварительная ковка (или черновая) представляет собой кузнечную операцию обработки слитка для подготовки его к дальнейшей деформации прокаткой, прессованием и т.п. Окончательная ковка (чистовая) охватывает все методы кузнечной обработки (осадку и высадку, протяжку и раскатку на оправке, прошивку, гибку и скручивание), с помощью которых изделию придают окончательную форму.

Ориентировочно МПЧ можно определить:

G_пч = α * F_по, где

α – удельный коэффициент (для паровоздушных молотов простого действия – 12 кг/см²; для молотов двойного действия – 8 кг/см²);
F_по -площадь проекции поковки с облоем на плоскость разъема.

Пневматический молот. Молот ковочный пневматический.
Паровоздушный молот. Принцип действия. Классификация.

Массу падающих частей также можно определить по номограмме. При построении номограммы были приняты следующие соотношения размеров (мм) поковки и заготовки: h_о = 0.015 D_п; b = 7 при D_п = 0 .. 100; b = 11 при D_п = 150 .. 350; b = 14 при D_п = 400 .. 600.

Номограмма

Массу падающих частей молота простого действия G_пм можно также определить по номограмме, умножив найденное значение на переводной коэффициент:

G_пм = (1,5 .. 1,8) G

Формулы используют при расчете молотов для крупносерийного и массового производства поковок. В мелкосерийном производстве можно применять молоты с меньшей массой падающих частей, но с увеличенным числом ударов при штамповке. Формулы пригодны в тех случаях, когда минимальная толщина поковки превышает (4..5 h_о). В других случаях необходимо учитывать повышенную неравномерность распределения деформации и температуры, увеличивая полученное значение массы в 1,2 .. 1,3 раза.

Пневматический молот. Общий вид. Режимы работы.

Для определения массы падающих частей молота при штамповке в закрытых штампах можно также пользоваться номограммой. Полученное значение можно уменьшить на 20 .. 25%.

1. Выбор основных, вспомогательных и разделительных операций. Установление их последовательности. Подбор и конструирование инструмента.
2. Подбор вида, размеров и массы исходной заготовки.
3. Подбор ковочного, подъемно-транспортного и нагревательного оборудования.
4. Установление режима нагрева заготовок и охлаждения поковок.
5. Определение состава бригады и нормы выработки.

Выбор основных операций определяется формой и размерами поковки, видами и размерами исходной заготовки, окончательной макроструктурой металла поковки.

Форму поковки характеризуют 4 признака:

1. Отношение длины к толщине.
2. Наличие или отсутствие полости.
3. Наличие или отсутсвие уступов.
4. Прямолинейность или изогнутость главной оси.

По первому признаку поковки делят на 3 группы:

1. Относительно длинные поковки – у которых отношение длины к толщине таково, что осадка поковки в торец невозможна без продольного изгиба. Основная операция в таких случаях – протяжка.
2. Поковки цилиндров и брусьев, у которых соотношение размеров таково, что возможно осуществление как осадки, так и протяжки. В таких случаях применяется комбинация осадки и протяжки.
3. Относительно короткие поковки (диски, пластины), у которых отношение длины (высоты) к толщине не позволяет производить протяжку без продольного изгиба сплошного сечения. Основная операция в таких случаях – осадка.

При получении поковок из слитков начинают с оттяжки хвостовика, который необходим для удержания заготовки и манипулирования ей патроном или захватом-хоботом. Затем производится биллетировка, которая является эффективным средством предупреждения развития крупных поверхностных дефектов при осадке. После осуществления всех ковочных операций, выполняемых при удержании поковки за хвостовик, его удаляют в отход вместе с прибыльной частью слитка.

В отношении микроструктуры материала поковки технологические требования сводятся к одному – не допустить образования крупного зерна. Для этого необходимо:

• не подвергать продолжительному нагреву те части поковки, которые не будут деформироваться;
• избегать критических степеней деформации, особенно при последовательных обжатиях;
• заканчивать ковку необходимо при температуре наиболее близкой к нижнему температурному интервалу.

Более подробные рекомендации для построения рацинального техпроцесса ковки устанавливаются на основании изучения типовых и реально существующих техпроцессов ковки аналогичных поковок.

При определении вида и размеров исходной заготовки необходимо стремиться применять прокат. Слитки вместо проката применять в том случае, если нет соответсвующего типоразмера проката. Массу исходной заготовки определяют как сумму масс поковки, отходов, обрубков и угара.

Выбор ковочного оборудования:

При выборе ковочного оборудования вначале определяют усилие ковки по операциям и по наибольшему усилию предварительно выбирают оборудование. Затем уточняют его типоразмер в зависимости от необходимых размеров рабочего пространства с учетом размещения в нем заготовки с инструментом, возможности выполнения соответсвующих обжатий и манипуляций.

Кузнечно-прессовое оборудование

Выбор режима нагрева:

Режим нагрева металла устанавливается в зависимости от геометрических размеров заготовки, марки стали и других параметров. Число подогревов устанавливают в зависимости от времени охлаждения, от температуры нагрева до нижнего температурного интервала с учетом времени выполнения отдельных операций ковки.

Технология нагрева и нагревательное оборудование

Норма выработки:

При установлении нормы выработки следует учитывать, что время, затраченное на выполнение отдельных приемов определяется без разделения его на основное и вспомогательное. При расчете нормы штучного времени берется оперативное время и к нему добавляется вспомогательное, не перекрываемое основным временем (подача заготовки от печи, укладывание поковки).

Так как работа ведется бригадой, то нормирование выполняется на бригадира, то есть на те работы, которые выполняются с его участием.

Подкладной штамп имеет один ручей, полость которого представляет точный оттиск поковки или отдельной ее части. Стенки ручья ограничивают течение металла в результате чего поковка получается более точной.

Подкладной штамп не закрепляется в рабочем пространстве оборудования и может состоять из двух или одной частей. Подкладной штамп может иметь направляющие элементы.

Схема ковки в подкладных штампах

Пример простейшего подкладного штампа – подкладное кольцо.

Область применения ковки – мелкосерийное и единичное производство.

Различают ручную и машинную ковку. Машинная ковка производится с помощью:

• гидравлических прессов;
• паровоздушных молотов;
• пневматических молотов.

Достоинства ковки:

• высокие механические свойства металла по сравнению с литым;
• возможность получения крупных поковок массой 250 и более тонн, длиной 10 и более метров;
• сравнительно невысокие усилия деформирования при изготовлении крупных по массе поковок;
• применение универсальных машин и универсального инструмента приводит к уменьшению затрат при изготовлении различного типа поковок.

Недостатки ковки:

• низкая производительность;
• большие припуски, допуски, напуски, что вызывает большой объем механической обработки.