ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КУЗНЕЧНОЙ КОВКИ

 

Цель работы

 

1. Познакомиться с оборудованием и технологическим процессом кузнечной ковки.

2. Изучить основные операции кузнечной ковки.

3. Научиться выбирать оборудование, назначать технологию ковки изделий.

 

Материалы и оборудование

 

1. Пневматический молот с весом падающих частей 75 кг.

2. Нагревательная печь с термопарой и потенциометром.

3. Мерительный инструмент (штангенциркуль, линейка).

4. Углеродистая сталь.

 

Порядок выполнения работы

1. Прочитайте внимательно основные положения по теме работы.

2. Познакомьтесь с оборудованием, инструментом, приспособлениями, применяемыми для свободной ковки. Изучите устройство и принцип работы пневматического молота.

3. Познакомьтесь с основными операциями свободной ковки (осадка, высадка, протяжка), зарисуйте заготовки и полученные поковки. Выполнение операций на молоте производится мастером.

4. Выполните расчетные задания по указанию преподавателя. Дайте пояснения Ваших решений.

5. Соблюдайте технику безопасности. Не трогайте поковки до полного охлаждения и находитесь на безопасном расстоянии от работающего молота.

6. Напишите о выполненной работе качественный отчет.

 

Основные положения

 

Кузнечной ковкой называют технологический процесс, при котором металл деформируется с помощью ударов кузнечного молота или нажатия пресса.

Ковку еще называют свободной, потому что заготовка свободно деформируется в горизонтальном направлении под действием вертикальных ударов молота. Это хорошо видно на примере операции протяжки. Ручная ковка применяется для изготовления мелких поковок, главным образом, в ремонтных мастерских (см. рис. 1). При ручной ковке удары наносятся кувалдой (тяжелый молоток весом порядка десяти кг).

Среди преимуществ ковки следует отметить: возможность изготовления поковок различного веса, формы и размеров; отсутствие дорогостоящей оснастки; использование относительно простого и универсального инструмента.

К недостаткам метода относятся: сравнительно низкая производительность труда, невысокая точность получаемых поковок, большие припуски на последующую механическую обработку, приводящие к потерям металла в стружку.

 

Рис. 1. Ручная ковка

 

Перед ковкой заготовки подвергаются нагреву с целью повышения пластичности металла и облегчения процесса ковки.

Изменение прочности и пластичности при нагреве некоторых металлов и сплавов даны в табл. 1.

Таблица 1

Марка стали, сплава Температура обработки, °С 200 600 800 1000 1200
Сталь Ст3 42/25 21/– 8/70 5/80 3/88
Сталь 45 64/16 32/25 12/48 5/53 3/64
Сталь У12 68/5 18/1 11/52 4/65 2/92
30ХГСА 64/12 18/– 6/– 3/30 1/60
40Х9С2 75/15 29/– 5/68 4/29 2/72
Медь МЧ 27/40 4/56 1/70 –/77 –
Латунь Л68 33/56 5/34 2/72 – –
Титановый сплав ВТ3 80/16 60/20 8/100 4/100 –

 

Примечание: в числителе приведен предел прочности при растяжении в кг/мм2, в знаменателе – относительное удлинение в %.

Температурный интервал ковки определяетсяпо табл. 2.

Таблица 2

Наименование металла и сплава Температура, °С
начало ковки окончание ковки
Конструкционные углеродистые стали 1200–1300
Инструментальные углеродистые стали 1050–1100
Легированные стали:    
низколегированные 820–850
среднелегированные 1100–1150 850–875
высоколегированные 1150–1200 875–900
Алюминий
Алюминиевые сплавы 470–490 350–400
Медь
Медные сплавы: бронза
латунь
Магниевые сплавы 370–430 300–350

Превышение температуры нагрева металлов при ковке ведет к образованию дефектов, называемых перегревом и пережогом. Перегрев – это рост зерна металла сверх допустимого, что ведет к снижению механических свойств. Пережог означает окисление границ зерен, такой металл разваливается при ковке.

Ковка при температуре ниже нижнего предела температурного интервала приводит к разрушению металла из-за недостаточной пластичности.

Технологический процесс ковки представляет собой совокупность определенных операций, основными из которых являются:

1. Осадка – операция увеличения площади поперечного сечения заготовки за счет уменьшения высоты (см. рис. 2).

2. Высадка представляет собой осадку части заготовки (см. рис. 3).

3. Протяжка – увеличение длины заготовки за счет уменьшения толщины (см. рис. 4).

4. Рубка – разделение заготовки на части (см. рис. 5).

5. Прошивка – операция получения отверстия в заготовке (см. рис. 6). Различают глухую прошивку и сквозную (на рис. 6 показана сквозная прошивка).

6. Раскатка – увеличение диаметра кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины кольца (см. рис. 7).

7. Передача – смещение одной части заготовки относительно другой
(см. рис. 8).

На всех рисунках буквами обозначены: а – заготовка; б – поковка; в – схема операции. Существуют и другие операции ковки.

 

                       
   
   
 
     
       
   
 
 
 
 

 

 


 

 
 

 

 


 

 

       
   
 
 

 

 


 


Величина деформации при ковке характеризуется коэффициентом уковки KУ:

KУ = Fmax/Fmin,

 

где Fmax и Fmin – максимальная и минимальная площадь поперечного сечения до и после ковки.

При ковке заготовок из проката чаще всего коэффициент уковки бывает 1,3–1,5, а при ковке слитков KУ = 3–10. Чем больше коэффициент уковки слитков, тем лучше структура металла и выше его механические свойства.

Оборудованием для ковки являются ковочные молоты и прессы. Молоты – это машины ударного действия, а прессы – машины с медленным приложением нагрузки.

Мелкие поковки обычно куют на пневматических молотах, крупные – на паровоздушных ковочных молотах, а очень крупные и тяжелые поковки – на гидравлических прессах.

Схема пневматического молота представлена на рис. 9.

Пневматический молот имеет два цилиндра: компрессорный 1 и рабочий 2. Поршень 3 компрессорного цилиндра нагнетает воздух в рабочий цилиндр 2 и приводит в движение рабочий поршень 4, который выполнен за одно целое с массивным штоком 5 и называется бабой молота. Возвратно-поступательное движение поршня компрессорного цилиндра осуществляется кривошипно-шатунным механизмом 6, который получает движение от электромотора 7 через клиновидную ременную передачу 8 или с помощью зубчатых колес.

Оба цилиндра молота соединены воздушными каналами так, чтобы сжатый воздух поступал в рабочий цилиндр попеременно снизу и сверху, заставляя бабу молота двигаться вверх и вниз.

Управление молотом осуществляется воздушными кранами 9. Краны открываются и закрываются с помощью ножной педали 10. Крановое воздухораспределение обеспечивает работу молота единичными или несколькими ударами, автоматически следующими один за другим, либо позволяет прижимать поковку к нижнему бойку. А также позволяет удерживать бабу на весу в верхнем положении при работающем компрессоре.

Верхний боек 11 хвостовиком в форме ласточкиного хвоста и клином прикрепляется к бабе молота, а нижний боек 12 – к подушке 13, устанавливаемой на массивном металлическом основании – шаботе 14. Шабот не связан со станиной молота. Вес шабота должен быть в 15–20 раз больше веса падающих частей молота, который является характеристикой мощности молота. Это вес всех деталей молота, перемещающихся в его верхний части (рабочего поршня, бабы и верхнего бойка). Чем больше вес падающих частей, тем выше энергия удара верхнего бойка по заготовке. Пневматические молоты изготавливаются с весом падающих частей от 50 кг до 1000 кг, а паровоздушные – от 1000 кг до 8000 кг. Поэтому паровоздушные молоты применяют для ковки более крупных, массивных поковок.

 
 

 


Рис. 9. Пневматический ковочный молот

 

Гидравлические прессы используют для ковки очень крупных, тяжелых изделий. В этих машинах верхний боек, соединенный с другими подвижными частями пресса, приводится в движение давлением жидкости в главном рабочем цилиндре. В качестве такой жидкости обычно используется минеральное масло под давлением 20–50 МПа. Деформация металла на гидравлическом прессе происходит достаточно медленно (несколько секунд, иногда десятки секунд). Здесь нет ударов. В качестве характеристики мощности пресса берется усилие, развиваемое им и передаваемое заготовке. Для ковки используются гидравлические прессы с усилием от 300 т до 15000 т.

Для сравнения мощности молота и пресса можно принять, что 1 т веса падающих частей молота примерно эквивалента 100 т усилия пресса. На прессах можно ковать массивные, крупные слитки. Так, например, на прессе с усилием 1000 т можно ковать слитки весом до 8 т, на прессе с усилием 15000 т – слитки весом до 350 т.

На практике при выборе мощности оборудования для свободной ковки пользуются специальными справочниками, таблицами, формулами. Так, необходимая мощность молота может быть определена по формуле:

G = K×F,

где G – вес падающих частей молота в кгс,

F – площадь поперечного сечения заготовки в см2,

K – коэффициент, равный для углеродистой стали 5, для легированной стали 7, для цветных металлов 3,5.

Необходимое усилие пресса можно найти по формуле:

P = F·σВ, кгс,

где σВ – предел прочности металла при температуре ковки, кгс/см2,

F – площадь соприкосновения бойка с поковкой в см2.

При изготовлении поковок свободной ковкой размеры их делаются больше размеров детали по чертежу на величину припусков.

Припуск Z – это увеличение размеров детали для последующей механической обработки на металлорежущих станках с целью получения необходимой точности размеров и качества поверхности детали.

Допуск Δ – это допустимое отклонение от размера поковки, т. е. точность, с которой должна быть изготовлена поковка.

Пояснения припусков и допусков даны на рис 10:

А – размер детали по чертежу;

Б – наименьший допустимый размер поковки: Б = В – Δ/2;

В – номинальный (расчетный) размер поковки: В = А + Z;

 
 

Г – наибольший допустимый размер поковки: Г = В + Δ/2.

 
 
Δ/2


Рис. 10. Припуски и допуски на размер поковки

 

Величина припусков и допусков зависит от многих факторов. Приближенно припуски (в мм) на механическую обработку могут быть определены по следующим формулам.

1. При ковке на молоте:

а) припуск на диаметр или толщину поковки D

Z1 = 0,06×D + 0,0017×L + 2,8;

б) припуск на длину поковки L

Z2 = 0,08×D + 0,002×L + 10.

1. При изготовлении поковок на прессе:

а) припуск на диаметр или толщину поковки D

Z1 = 0,06×D + 0,002×L + 2,3;

б) припуск на длину поковки L

Z2 = 0,05×D + 0,05×L + 26.

2. Допуски (в мм) на размеры поковок можно приближенно определить из выражений:

а) на диаметр или толщину поковки D

Δ1 = 0,028×D + 0,0004×L + 0,5;

б) на длину поковки L

Δ2 = 0,03×D + 0,003×L + 1,2.

Тогда номинальный диаметр или толщина поковки (DП) определяется как

DП = D + Z1,

а допустимые наибольший и наименьший диаметры выражаются как

DП max = DП + Δ1/2;

DП min = DП – Δ1/2.

Номинальная длина поковки составит: LП = L + Z2, а допустимые наибольшая и наименьшая длина выразятся как

LП max = LП + Δ2/2;

LП min = LП – Δ2/2.

Допуски устанавливаются на все размеры поковки, в том числе и на те, которые не подвергаются последующей механической обработке.