Ручная ковка

Юсипов З. И., Ляпунов Н. И.

Высшая школа, 1990 г.

Обработкой металлов давлением называют группу технологических операций, в результате которых под влиянием приложенных внешних сил происходит формоизменение заготовок без нарушения их сплошности. Основным признаком обработки давлением является пластическая деформация обрабатываемого материала. В результате пластической деформации изменяются не только форма и размеры заготовки, но и свойства исходного металла.

Применяют шесть основных видов обработки давлением — прокатку, прессование, волочение, ковку, объемную штамповку и листовую штамповку.

Прокатка (рис. 1.1, а). Деформацию металла с помощью вращающегося инструмента — валков — называют прокаткой. Заготовка 1 под действием сил трения втягивается в зазор между валками 2, деформируется ими и приобретает требуемую форму поперечного сечения. При прокатке площадь поперечного сечения заготовки уменьшается, а длина увеличивается. Эту операцию осуществляют с помощью специальных машин, называемых прокатными станами.

Прокаткой изготовляют: блюмы квадратного сечения со стороной до 350 х 350 мм; слябы — плоские заготовки толщиной 100 . . . 600 мм и шириной 600 . . . 2300 мм; квадратные и круглые профили с размерами сечений 5 ... 150 мм; угловую сталь с размерами полки 20 ... ...250 мм; швеллеры высотой 20 . ..450 мм; балки высотой до 1100 мм; рельсы, трубы, листы, полосы, ленты и др. На специальных прокатных станах изготовляют заготовки переменного по длине сечения (периодический прокат), бандажи колес, шары, шестерни и др.

Прокатка является наиболее высокопроизводительным видом обработки давлением, 75 ... 80 % всей выплавляемой стали подвергается прокатке.

Прессование (рис. 1.1, б). Сущность прессования заключается в выдавливании металла заготовки 5 пуансоном 4 из контейнера 6 через матрицу 7. В матрице имеется отверстие, по форме соответствующее требуемому профилю 8. Прессованием изготовляют простые и очень сложные, сплошные и пустотелые профили.

Этому виду обработки давлением подвергают в основном цветные металлы и сплавы, однако в последнее время прессование применяют при изготовлении профилей и заготовок деталей также из сталей и малопластичных специальных сплавов.

Волочение (рис. 1.1, в). Проволоку диаметром от 16 мм до нескольких микрометров, высококачественные тонкостенные трубы 0,2 . .. .. . 20 мм и другие пустотелые профили, калиброванные прутки из сталей, цветных металлов и сплавов различных марок получают волочением. Этот вид обработки заключается в протягивании заготовки 9 через отверстие в волоке 10. Исходной заготовкой для данной операции является, как правило, продукция прокатного производства. При волочении уменьшается площадь поперечного сечения заготовки и увеличивается ее длина. В процессе волочения достигаются точность размеров и шероховатость поверхности, соответствующие получаемым при обработке резанием, а за счет наклепа при холодной деформации повышается прочность изделия 11.

Ковка (рис. 1.1, г) — это вид обработки давлением, при котором заготовка деформируется универсальным инструментом простой формы, например плоскими бойками. Нагретую до ковочной температуры заготовку 13 устанавливают на нижний боек 14, а верхним бойком 12 ее деформируют до нужных размеров. Для ковки характерно свободное или почти свободное течение металла в направлении, перпендикулярном движению инструмента.

Ковку применяют для изготовления фасонных поковок деталей машин практически из всех деформируемых сталей и сплавов массой от нескольких граммов до сотен тонн. Мелкие поковки изготовляют ручной ковкой, средние и крупные — машинной.

Объемная штамповка (рис. 1.1, д). Сущность этого вида обработки заключается в деформировании заготовки 16 в полости между половинами 15 к 17 штампа; эту полость металл заготовки заполняет при сближении половин. форма полости штампа соответствует форме будущей поковки, что обеспечивает высокую точность последней. Исходной заготовкой служит, как правило, продукция, полученная прокаткой и разделенная предварительно на мерные части. объемную штамповку осуществляют на молотах, прессах и специализированных машинах. Пользуясь этим видом обработки, изготовляют коленчатые валы, шестерни, турбинные лопатки, кронштейны и другие детали машин в массовом и серийном производстве.

Листовая штамповка (рис. 1.1, в). Этот вид обработки давлением характеризуется тем, что в качестве исходной заготовки 19 используют лист, полосу или ленту, которую деформируют в специальном инструменте — штампе. Основными частями штампа являются пуансон 18 и матрица 20. Штампы устанавливают, как правило, на кривошипных листоштамповочных и реже — гидравлических прессах различной мощности. Листовой штамповкой изготовляют достаточно точные и прочные детали машин или заготовки для них при минимальном расходе металла. В большинстве случаев штамповка выполняется без нагрева металла, поэтому полученная продукция отличается малой шероховатостью поверхности и повышенной прочностью. Процесс листовой штамповки легко автоматизируется — производительность листоштамповочных автоматов достигает нескольких сотен деталей в минуту.

1.3. РОЛЬ КУЗНЕЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО РАЗВИТИЯ

Кузнечное производство в значительной степени определяет уровень развития всего машиностроения. Ковкой и штамповкой изготовляют миллионы изделий разных типов, массы, формы, размеров. Наиболее ответственные и тяжелонагруженные детали изготовляют из кованых и штампованных поковок. Такие отрасли, как транспортное, энергетическое, металлургическое машиностроение, прессостроение и многие другие, не могут существовать и развиваться без применения обработки металлов ковкой.

Одной из основных задач, стоящих перед кузнечным производством, является экономия металла. Примерно из 160 млн. т годового выпуска стали в нашей стране ежегодно уходит в стружку около 8 млн. т. Хотя эти отходы и образуются в механических цехах, они, по существу, являются отходами кузнечного производства, которое не всегда может обеспечить получение точных поковок без их значительной последующей обработки резанием.

Дальнейшее совершенствование процессов ковки и штамповки, обеспечивающее более широкое их использование в машиностроении, направлено на получение поковок с размерами и формой, приближающимися к размерам и форме готовых деталей, идущих на сборку. Это ведет к уменьшению объема обработки резанием, снижению потерь металла в стружку, повышению производительности труда и снижению себестоимости продукции.

В ряде случаев обработка резанием вытесняется высокоточными процессами обработки давлением с существенным повышением технико-экономических показателей производства. Специальные виды штамповки позволяют получать готовые изделия (заклепки, болты, штифты, гайки и др.), а также детали машин (лопатки турбин, шестерни, ступенчатые и кулачковые валы и др.), почти не требующие дополнительной обработки резанием. Современные горячештамповочные автоматы обеспечивают малоотходную штамповку достаточно точных поковок, таких, как шестерни, кольца, фланцы, болты, гайки и т.п., из прутков диаметром до 80 мм с производительностью до 70 шт. в минуту.

На базе экспериментальных и теоретических исследований усовершенствованы режимы ковки с применением более совершенных конструкций бойков. Внедряется ковка с неравномерным нагревом заготовок, при которой наибольшая деформация сосредоточивается в нужном участке объема заготовки с целью повышения качества металла, что особенно важно для крупных слитков. Расширяются возможности увеличения наибольшей массы откованных поковок до 400 тн более.

Кузнечные цехи оснащают все более мощным, производительным и точным оборудованием. Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986 — 1990 годы и на период до 2000 года предусмотрен опережающий рост выпуска кузнечно-прессового оборудования при значительном повышении его технического уровня. В двенадцатой пятилетке запланировано увеличить выпуск современных кузнечно-прессовых машин, оснащенных средствами автоматизации.

Все шире внедряются механизация и автоматизация процессов ковки и штамповки. На базе современных достижений электронной и вычислительной техники создаются принципиально новые системы управления машинами и технологическими процессами, применяются различные манипуляторы, роботы и др. На некоторых заводах внедрены устройства программного управления для контроля и обеспечения точных размеров поковок при ковке на гидравлических прессах.

Проводятся интенсивные работы по усовершенствованию проектно-конструкторских и технологических разработок. Применение машинных способов проектирования технологии, оснастки и оборудования позволяет оптимизировать поиск технических решений и значительно повысить уровень кузнечно-штамповочного производства в ближайшем будущем.

В результате реконструкции отдельных заводов, введения новых производственных мощностей и объединения мелких кузниц в крупные увеличиваются масштабы выпуска поковок цехами кузнечного производства. При этом создаются благоприятные возможности для специализации производства поковок при сокращении номенклатуры выпускаемых поковок для каждого из цехов в соответствии с возможностями данного производства (тип, размер и число единиц оборудования) . В этих условиях уменьшается стоимость изготовления поковок и повышается производительность труда за счет применения специализированного оборудования, комплексной механизации и автоматизации, внедрения более совершенной технологии и прогрессивных методов организации труда. Специализация одновременно предполагает кооперирование различных производств для взаимного обеспечения поковками, которые на данном производстве не изготовляются. На принципах специализации и с использованием ее преимуществ организуется централизованное производство однотипных общемашиностроительных поковок шестерен, валов, фланцев, клапанов и других на специальных кузнечных заводах (центрокузах) с выпуском 400 . . . 500 тыс. т поковок в год, а также в специализированных кузнечно-штамповочных цехах с выпуском около 200 тыс. т поковок в год. Среди специализированных цехов большинство составляют штамповочные, но есть и ковочные, например специализирующиеся на ковке осей для железнодорожного транспорта. На некоторых металлургических заводах имеются специализированные цехи для ковки слитков.

Хотя ковка и уступает горячей штамповке по производительности и точности поковок, однако имеет свою рациональную область применения. Это прежде всего выпуск малых серий поковок небольшой и средней массы (100 . . . 200 кг), когда изготовление дорогостоящих штампов для горячей штамповки экономически нецелесообразно. В таких случаях более экономична ковка на молотах универсальным инструментом - бойками. Крупные поковки (особенно массой десятки и сотни тонн) удается изготовлять только Ковкой на гидравлических прессах. В общем выпуске поковок, производимых в нашей стране, в среднем 30 % приходится на кованые поковки, а 70 % — на штампованные. Однако, например, в тяжелом машиностроении число кованых поковок достигает 70 %.

Ручная ковка необходима в единичном и мелкосерийном производстве поковок для изготовления деталей экспериментальных машин и необходимых при ремонте оборудования, для изготовления специального инструмента и т.д. Практически на всех заводах, во всех ремонтных мастерских еще продолжительное время будет использоваться ручная ковка. Работы по ручной ковке могут выполнять только рабочие высокой квалификации.

Дальнейшие перспективы развития кузнечного производства в нашей стране во многом зависят от уровня профессиональной подготовки нового пополнения рабочих-кузнецов, которые должны в совершенстве овладеть этой почетной и очень нужной профессией.