Кузнечные секреты: введение в методы ковки

Как современные кузнечные предприятия превращают металл в кованые детали?

Что такое ковка?

Ковка часто классифицируется в зависимости от температуры, при которой она выполняется: холодная, теплая или горячая ковка.

Широкий спектр металлов может быть кованым. Типичные металлы, используемые в ковке, включают углеродистую сталь, легированную сталь и нержавеющую сталь. Очень мягкие металлы, такие как алюминий, латунь и медь, также могут быть коваными. Процесс позволяет производить детали с превосходными механическими свойствами с минимальными отходами.

Основная концепция заключается в том, что исходный металл пластически деформируется до желаемой геометрической формы, что придает ему более высокую усталостную прочность и прочность.

Этот процесс является экономически выгодным с возможностью массового производства деталей и достижения определенных механических свойств в готовом изделии.

История

Ковка практикуется кузнецами уже тысячи лет. Сначала бронза и медь были наиболее распространенными коваными металлами в бронзовом веке. Позже, когда была обнаружена способность контролировать температуру и процесс плавки железа, железо стало основным кованым металлом. Традиционные продукты включают кухонную утварь, скобяные изделия, ручные инструменты и холодное оружие.

Промышленная революция позволила ковке стать более эффективным процессом массового производства. С тех пор данный вид работы развивался вместе с достижениями в области оборудования, робототехники, электронного управления и автоматизации.

Ковка в настоящее время является всемирной отраслью с современными кузнечными предприятиями, производящими высококачественные металлические детали самых разных размеров, форм, материалов и отделки.

Методы

Существует несколько методов с разными возможностями и преимуществами. К наиболее распространенным методам относятся непосредственно сама ковка, а также на вальцах.

Ковка

Штамповка получила свое название от процесса опускания молота на металл, чтобы придать ему форму штампа. Матрица относится к поверхностям, которые вступают в контакт с металлом. Существует два вида штамповки – в открытых и закрытых штампах. Матрицы обычно имеют плоскую форму, а некоторые из них имеют поверхности особой формы для специализированных операций.

Кузнечно-штамповочное производство

Кование в открытых штампах также известно как кузнечная ковка. Молоток ударяет и деформирует металл на неподвижной наковальне. В этом типе металл никогда полностью не заключен в штампы, что позволяет ему течь, за исключением областей, где он контактирует с штампами. Оператор несет ответственность за ориентацию и позиционирование металла для достижения желаемой окончательной формы.

Используются плоские матрицы, некоторые из которых имеют поверхности специальной формы для определённых операций. Ковка в открытых штампах подходит для изготовления простых и крупных деталей, а также металлических компонентов, изготовленных по индивидуальному заказу.

Преимущества свободной штамповки:

• высокая производительность
• снижение вероятности ошибок и/или дыр
• более качественная микроструктура
• сокращение времени на последующую механическую обработку
• меньший расход металла

Ковка в закрытых штампах (штамповочная)

Ковка в закрытых штампах также известна как штамповка. Металл помещают в матрицу и прикрепляют к наковальне. Молоток падает на металл, заставляя его течь и заполнять полости штампа. Он рассчитан на то, чтобы войти в контакт с металлом в быстрой последовательности в масштабе миллисекунд.

Излишки металла выталкиваются из полостей штампа, что приводит к облою. Вспышка остывает быстрее, чем остальная часть материала, что делает её прочнее металла в матрице. После ковки заусенец удаляется.

Чтобы металл достиг конечной стадии, он проходит через ряд полостей в матрице:

1. Оттиск кромки (также известный как долбление или гибка). Первый оттиск, используемый для придания металлу грубой формы.

2. Блокировка полостей. Металлу придается форма, которая больше напоминает конечный продукт, он сформирован с изгибами и скруглениями.

3. Окончательная оттискная полость. Заключительный этап чистовой обработки и придания металлу желаемой формы.

Преимущества штамповки в закрытых штампах:

• производство деталей до 25 тонн
• на выходе получаются почти чистые формы, которые требуют лишь небольшой отделки
• экономичный метод для тяжелого производства

Прокатная

Валковая поковка состоит из двух цилиндрических или полуцилиндрических горизонтальных валков, деформирующих круглый или плоский прутковый прокат. Это работает, чтобы уменьшить его толщину и увеличить его длину. Этот нагретый стержень вставляется и проходит между двумя валками, каждый из которых имеет одну или несколько фигурных канавок, и постепенно формуется по мере его прокатки через машину. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнута желаемая форма и размер.

Преимущества автоматической рулонной ковки:

• практически не производит отходов материала
• создает в металле благоприятную зернистую структуру
• уменьшает площадь поперечного сечения металла
• производит конические концы

Прессовая

Ковка на прессе использует медленное, непрерывное давление или силу вместо удара, используемого при ковке с ударным молотом. Более медленный ход ползуна означает, что деформация становится более глубокой, так что весь объем металла подвергается равномерному воздействию. Напротив, при ковке с ударным молотом деформация часто происходит только на уровне поверхности, в то время как внутренняя часть металла остается в некоторой степени недеформированной. Контролируя степень сжатия при штамповке, можно также контролировать внутреннюю деформацию.

Преимущества:

• экономичный для тяжелого производства
• повышенная точность допусков в пределах 0,25–0,51мм
• матрицы имеют меньшую осадку, что обеспечивает лучшую точность размеров
• скорость, давление и ход штампа контролируются автоматически
• возможна автоматизация процесса
• диапазон мощности прессов от 500 до 9000 тонн

Расстроенная

Ковка с осадкой — это производственный процесс, при котором диаметр металла увеличивается за счет сжатия его длины. Кривошипные прессы, специальные высокоскоростные машины, используются в процессах ковки с осадкой. Данное оборудование обычно устанавливается в горизонтальной плоскости для повышения эффективности и быстрой смены металла с одной станции на другую. Возможны также вертикальные варианты или гидравлические.

Преимущества поковки:

• высокая производительность до 4500 деталей в час
• возможна полная автоматизация
• устранение облоя ковки
• меньшее количество отходов

Автоматическая горячая штамповка

При автоматической горячей ковке стальные стержни длиной проката вставляются в один конец ковочной машины при комнатной температуре, а горячекованые изделия выходят из другого конца. Стержень нагревается с помощью мощных индукционных катушек до температуры 1198–1298 ° С менее чем за 60 секунд.

Пруток очищается от окалины роликами и делится на заготовки. На этом этапе металл проходит через несколько стадий формовки, которые можно сочетать с высокоскоростными операциями холодной штамповки. Обычно операцию холодной штамповки оставляют на чистовую стадию. Таким образом, можно воспользоваться преимуществами холодной обработки, сохраняя при этом высокую скорость автоматической горячей штамповки.

Преимущества:

• высокая производительность
• использование недорогих материалов
• минимальная рабочая сила, необходимая для работы с оборудованием
• практически не производит отходов материала (экономия материала на 20–30% по сравнению с обычной ковкой)

Прецизионная (сетчатая поковка)

Прецизионная ковка практически не требует окончательной обработки. Это метод ковки, разработанный для минимизации затрат и отходов, связанных с операциями после ковки. Экономия достигается за счет сокращения материала и энергии, а также сокращения механической обработки.

Изотермическая

Изотермическая ковка — это процесс ковки, при котором металл и штамп нагреваются до одинаковой температуры. Используется адиабатический нагрев — нет чистого переноса массы или теплообмена между системой и внешней средой. Все изменения связаны с внутренними изменениями, приводящими к строго контролируемой скорости деформации. Из-за более низких потерь тепла для этого процесса ковки можно использовать машины меньшего размера.