Изготовление машиностроительных заготовок

Ковка

Сущность процесса.Ковка представляет собой процесс горячей обработки металлов давлением между бойками молота и пресса. Кованые заготовки называют поковками. Необходимо отметить, что ковкой не только достигается требуемая форма поковки, но и улучшаются механические свойства и структура, так как металл свободно течет в стороны, не ограниченные рабочими поверхностями инструмента. При этом зерна металла вытягиваются в направлении течения, образуя волокна. Поэтому ковкой изготавливаются наиболее нагруженные детали машин.

Ковкой получают поковки массой от 0,1кг до 300т. Необходимо отметить, что для крупных поковок ковка является единственно возможным способом изготовления (валы гидрогенераторов, турбинные диски, коленчатые валы судовых двигателей, валки прокатных станов). Крупные поковки (больше 3т) получают из слитков, поковки массой 2…3т – из блюмов, до 1т – из сортового проката.

Различают ручную и машинную ковку. Ручная используется при ремонтных работах, при изготовлении мелких поковок в небольшом количестве (малая производительность). Машинная ковка осуществляется на молотах и прессах.

Операции ковки и инструмент. К основным операциям ковки относятся следующие.

Протяжка (вытяжка) [6, рис. 69 а, б] – операция, при которой увеличивается длина заготовки за счет уменьшения площади поперечного сечения. Вытяжку осуществляют последовательными ударами или нажатиями бойками с подачей заготовки (при плоских бойках), и поворотом ее вокруг оси (при фигурных бойках). Степень деформации характеризуется уковкой (F_о/F_к). Чем больше уковка, тем лучше структура металла и выше его механические свойства.

Осадка – операция, при которой увеличивается поперечное сечение (ширина) в результате уменьшения высоты. Осадкой получают заготовки для зубчатых колес, фланцев, турбинных дисков. Разновидностью осадки является высадка [6, рис. 69, ж] – местное утолщение заготовки (например, головки болта). Для правильной осадки высота исходной цилиндрической заготовки не должно превышать трех диаметров, торцы должны быть равными и параллельными.

Прошивка [6, рис. 69, г] – получение в заготовке сквозного отверстия (сквозная прошивка) или углубления (глухая прошивка) при помощи прошивня (сплошного или пустотелого). Отверстия диаметром до 400 мм выполняют сплошным прошивнем, а свыше 400 мм – пустотелым. Прошивку отверстий в тонких заготовках производят на подкладных кольцах, в толстых заготовках прошивку отверстия производят в два приема с ее перекантовкой.

Раскатка [6, рис.69, в] – калибровка прошитой заготовки до требуемых размеров.

Гибка [6, рис.69, д] – операция, при которой изменяется направление оси заготовки для получения поковки заданной формы (изготовление крюков, скоб, коленвалов) с помощью подкладок и приспособлений. При этом необходимо учитывать искажение формы и уменьшение площади поперечного сечения в зоне изгиба.

Кручение [6, рис.69, е] заключается в повороте одной части заготовки относительно другой на заданный угол. При этом один конец заготовки зажимают между бойками пресса, на другой надевают вилку и приводят кручение ударами (изготовляют коленвалы, сверла).

Рубка [6, рис.69, з] – применяется для разделения заготовки на несколько частей, удаления концов поковки или образования в поковке уступов (надрубка). Осуществляется прямыми и фигурными топорами и зубилами.

Оборудование для ковки.Машины, применяемые для ковки, делятся на молоты и прессы.

Молоты – машины динамического ударного действия. Продолжительность деформации на них составляет тысячные доли секунды. Металл деформируется за счет энергии, накопленной падающими частями молота к моменту удара. Основной характеристикой молота является масса падающих частей. Энергия падающих частей частично теряется на упругие деформации инструмента и колебания шабота (деталь молота, на которую устанавливается нижний боек). Чем больше масса шабота, тем больше КПД. Масса шабота бывает в 15 раз больше массы падающих частей, бабы, что обеспечивает КПД удара 0,8…0,9. Молоты делятся на паро-воздушные и приводные.

В паровоздушном молоте [6, рис. 70] подъем и опускание падающих частей с закрепленным на них бойком осуществляется при подаче пара или сжатого воздуха давлением 0,7…0,9 МПа в рабочий цилиндр. Паровоздушные молоты изготавливают с массой падающих частей 1…8 т.

Приводные молоты могут быть рычажными, фрикционными и пневматическими. Из приводных молотов наибольшее применение находят пневматические. В них подъем и опускание падающих частей совершается с помощью сжатого воздуха давлением 0,2…0,3 МПа, поступающего в рабочий цилиндр от поршневого компрессора с отдельным электроприводом. Шток рабочего цилиндра одновременно является бабой молота. Пневматические молоты имеют массу падающих частей 50…1000 кг, применяют для ковки мелких поковок (до 20 кг).

Ковочные молоты бывают простого и двойного действия (за счет подачи воздуха только под поршень или под и над поршнем). Управляя распределением воздуха, можно регулировать перемещение падающих частей молота и производить автоматические или единичные удары, прижимать поковку к нижнему бойку или держать бабу молота на весу. Число ударов верхнего бойка молота может составлять до 200 ударов в минуту.

Ковочные прессы – машины статического действия. Продолжительность деформации на них может составлять от единиц до десятков секунд. Применяют гидравлические прессы. В прессе [6, рис.71] перемещение подвижной траверсы с закрепленным бойком и создание необходимого усилия осуществляется при подаче жидкости (водяной эмульсии или минерального масла) под давлением 20…30 МПа в рабочий цилиндр. Поднятие траверсы производится при подаче жидкости в цилиндры подъема.

В состав гидропрессовой установки, кроме самого пресса, входят также насосная станция, сливной резервуар, аккумулятор жидкости высокого давления, гидрораспределители.

Основной характеристикой пресса является наибольшее усилие, развиваемое прессом. Изготавливают прессы с максимальным усилием 5…150 МН. Используются прессы для получения крупных поковок из слитков, а также при ковке малопластичных высоколегированных сталей и сплавов, также цветных металлов.

Применяются также парогидравлические прессы, в которых вместо приводной насосной станции используется паровой насос (мультипликатор), создающий давление жидкости 30…60 МПа.

Технологический процесс ковки состоит из:

1) подготовки заготовки;

2) нагрева заготовки до заданной температуры;

3) операции ковки;

4) отделки поковки.

Основными документами для изготовления поковки являются ее чертеж и технологическая карта. В последней указывают: марку стали, размеры и массу заготовки, нормы расхода металла, основные, вспомогательные и отделочные операции, последовательность операций с указанием оборудования и инструмента, температуру начала и конца ковки.

Чертеж поковки составляют по чертежу готовой детали с учетом припуска на механическую обработку, допуска на номинальные размеры поковки, напуска (избытка металла) для упрощения очертаний поковки.

При ковке определяют выход годного металла

ВГ=(m_n/m₃) ·100%,

где m_n - вес поковки;

m₃ - вес исходной заготовки.

ВГ не превышает 60%.

При ковке все основные операции (загрузка, транспортировка, кантовка, ковка) механизированы и автоматизированы.