Свободная ковка на молотах

Кордюков В.П., Коротких Е.Л.

Машиностроение, 1974 г.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ ПРИ КОВКЕ НА МОЛОТАХ

Процесс свободной ковки представляет собой последовательное чередование различных технологических операций, в результате чего из исходной заготовки простой формы получается поковка с формой и размерами, значительно отличающимися от заготовки.

В процессе изготовления поковки изменяются также механические свойства в нужном направлении.

К технологическим операциям свободной ковки на молотах относятся: вытяжка, осадка, прошивка, рубка, гибка, передача,, закручивание. Применяются также разновидности некоторых перечисленных операций, например, высадка, являющаяся разновидностью осадки, или расплющивание и раскатка на оправках, представляющие собой разновидность вытяжки.

От правильного выполнения операций, оптимального их числа и определенной последовательности в технологическом процессе зависит качество поковок, трудоемкость изготовления и степень их приближения по форме и размерам к готовым деталям. Число и последовательность операций указываются в технологической карте на изготовление поковки. В некоторых случаях задается механический режим ковки (степень деформации, относительная подача и угол кантовки при вытяжке), что весьма благоприятно сказывается на качестве поковок и получении одинаковых механических свойств партии идентичных поковок, изготовляемых свободной ковкой. Однако качественное исполнение кузнечных операций во многом определяется опытом кузнеца, хорошо изучившего навыки и приемы ковки.

Вытяжка

Вытяжкой называется кузнечная операция, в результате которой увеличивается длина исходной заготовки за счет уменьшения площади поперечного сечения.

Вытяжка является наиболее распространенной операцией, применяемой для:

изменения формы заготовки с целью получения у поковки или ее отдельных частей меньшего поперечного сечения;

измельчения крупнозернистой структуры исходной (литой) заготовки и заваривания внутренних дефектов;

повышения механических свойств металла в осевом направлении.

При изготовлении поковок с удлиненной осью (валы гладкие, ступенчатые, тяги, шатуны) вытяжка является основной формообразующей операцией в технологическом процессе.

Изменение площади поперечного сечения выражается коэффициентом укова, характеризующим интенсивность проковки металла:

Для обеспечения удовлетворительной проковки металла по сечению и для получения определенных механических свойств коэффициент укова при изготовлении поковки из слитка должен быть не менее 2—3, а при изготовлении поковки из проката — не  менее 1,3.

Максимальная степень деформации при вытяжке может быть подсчитана по формуле

Вытяжка состоит из последовательных обжатий, осуществляемых бойками молота, в сочетании с продольной подачей и кантовкой вокруг оси. Два последовательных обжима с промежуточной кантовкой на 90° называются переходом.

Обжатия осуществляются, как правило, нанесением сильных ударов с максимальной степенью деформации по высоте заготовки, допускаемой пластичностью стали. Исключение составляет предварительная вытяжка слитков (билетировка). В этом случае максимальная степень деформации ограничивается для предотвращения появления поверхностных дефектов. При вытяжке заготовки на прямоугольное сечение высота  (наибольший размер) не должна превышать ширину  (наименьший размер) более чем в 2,5 раза.

Величина относительной продольной подачи показывает

большое влияние на интенсивность вытяжки, проковку металла по сечению и производительность. С уменьшением относительной подачи интенсивность вытяжки возрастает, а течение металла по длине, бойка (уширение) затрудняется. При этом пластическая деформация локализуется в поверхностных слоях, а осевая часть заготовки не прорабатывается. При большой относительной подаче (например, на всю ширину бойка) пластическая деформация проникает в глубь заготовки; крупное зерно при этом дробится, а внутренние микро- и макротрещины завариваются. В этом случае растет уширение и падает интенсивность вытяжки. Относительную подачу рекомендуется выбирать в следующих пределах:

Вытяжку заготовок квадратного (прямоугольного) профиля можно производить двумя способами. При первом способе по заготовке наносится удар, затем кантовка на 90°, следующий удар, кантовка на 90° в противоположном направлении и подача (вперед или назад) (рис. 21, а). Кантовка в этом случае может также осуществляться после нанесения нескольких ударов по соседним участкам, расположенным с одной стороны заготовки. При втором способе (рис. 21,6) заготовка непрерывно кантуется на 90° в одном направлении после нанесения каждого единичного удара, причем подача заготовки вперед производится после нанесения четырех ударов. Заготовка при этом совершает движение по винтовой линии. Данный способ является трудоемким, но обеспечивает снижение внутренних напряжений, возникающих при ковке, поэтому его применяют при вытяжке инструментальных и специальных сталей.

Вытяжку заготовок круглого сечения целесообразно производить через квадрат для получения более равномерной деформации наружных и внутренних слоев металла. Такая схема обеспечивает отсутствие внутренних . напряжений и трещин (рис. 22, а). Последний переход выполняется в полукруглых обжимках (когда вытяжка осуществляется на универсальных плоских бойках) или в вырезных бойках, деформация в которых дает возможность получать поковки высокой точности и чистоты поверхности с более равномерными механическими свойствами и высокой производительностью (рис. 22,6). Вырезные бойки применяются при протяжке на круглое сечение большой партии поковок определенного размера, например при серийном производстве вагонных осей.

При изготовлении сложных поковок на молотах применяют операции, которые можно отнести к разновидностям вытяжки. К таким операциям относятся: раскатка (раздача) на оправке, расплющивание (разгонка), а также наметка, пережим и получение уступов и выемок.

Раскатку

Раздачу на оправке применяют при изготовлении поковок типа колец, когда необходимо увеличить диаметральные размеры за счет уменьшения толщины стенки заготовок. Раскатку выполняют при следующих соотношениях размеров колец:

Процесс раскатки состоит в следующем. Предварительно прошитую невысокую заготовку с оправкой устанавливают на две опоры, после чего по заготовке наносят удары верхним бойком молота. После каждого удара заготовку поворачивают на оправке на угол 10—15°. При этом металл течет как в направлении касательной к окружности заготовки, так и в направлении ее высоты (уширение). Для уменьшения уширения верхний боек располагают длинной стороной вдоль оси заготовки. В этом случае силы трения на поверхности контакта заготовки с бойком направлены так, что способствуют более интенсивному течению

металла по окружности заготовки. Схема операции показана на рис. 23, а. Для сокращения времени на установку приспособления для раскатки применяют  специальные  откидные  коньки (рис. 23, б). При ковке на бойке коньки находятся в откинутом  положении. При раскатке коньки устанавливаются вертикально, а боек откидывается. Весь процесс откидывания бойка и установки коньков занимает 1—1,5 мин.

При серийном или мелкосерийном производстве кольцеобразных поковок целесообразно спаривать работу двух молотов: на первом проводят ковку заготовки, ее осадку и прошивку, на втором — раскатку. В этом случае достигается возможность спаривать работу тяжелого молота (с массой падающих частей, например, 5—7 т) с относительно легким (с массой падающих частей 1—2 т); такое спаривание возможно, так как для операции раскатки не требуется тяжелого молота, а применение легкого, более быстроходного, ускорит раскатку заготовки. Очевидно, что в этом случае достигается снижение расхода пара (или воздуха).

Расплющивание (разгонка) представляет собой операцию, при которой за счет уменьшения высоты достигают значительного увеличения ширины заготовки или отдельных ее частей. Длина заготовки при этом увеличивается незначительно. Разгонка металла в стороны осуществляется ударами молота ПО' инструменту (раскатке), установленному вдоль оси заготовки. Волнистая поверхность, полученная в процессе разгонки, выравнивается широким плоским бойком.

Пережимом (засечкой) называется вспомогательная операция, при которой углубления, полученные наметкой, увеличиваются до глубины уступа или выемки, для которых пережимом отделяется необходимая часть заготовки. Операция выполняется раскатками и пережимками различной формы с одной или нескольких сторон заготовки. Если необходимо получить пережим по периметру прямоугольной заготовки, то вначале делают наметку и пережим с двух противоположных сторон, затем кантовку на 90° и те же операции с двух других сторон. Пережим круглой заготовки производится при помощи угловой пережимки с выкружкой. При этом после каждого удара бойка по пережимке заготовка поворачивается на некоторый угол до получения кольцевого пережима. Пережим сопровождается утяжкой металла, которую следует учитывать при выборе размеров сечения исходной (протянутой перед пережимом) заготовки. Для получения заданных поковочных размеров поперечное сечение заготовки должно быть больше на 8—12%.

Уступы и выемки выполняют после наметки и пережима бойками или раскатками. Уступы и выемки могут быть