§ 120. Технология свободной ковки

Технологические процессы свободной ковки весьма разнообразны, но все они представляют собой различные комбинации сравнительно немно­гих основных, вспомогательных и отделочных операций. Основными операциями технологического процесса свободной ковки являются осадка, вытяжка, прошивка, рубка, гибка, закручивание и куз­нечная сварка.

Осадкой (фиг. 143) называют кузнечную операцию, посредством которой уменьшают высоту исходной заготовки за счет увеличения площади ее поперечного сечения. Осадка, осуществляемая на части заготовки, называется высадкой. Осадку при­меняют:

а) для получения поковок (или отдельных участков на них) с большими тюперечными размерами при отно­сительно малой высоте (фланцы, зубчатые колеса, ди­ски) из заготовок меньшего поперечного сечения;

б) как предварительную операцию перед прошив­кой при изготовлении пустотелых поковок (кольца, барабаны):

в) как предварительную операцию для уничтоже­ния литой дендритной структуры и повышения каче­ства поперечной пробы;

г) для повышения степени уковки при последующей вытяжке.

Вытяжкой (протяжкой) называют кузнечную операцию, посред­ством которой увеличивают длину исходной заготовки за счет уменьшения площади ее поперечного сечения (валы, валы с уступами, дышла, шатуны и др.). Для вытяжки применяют бойки плоские (фиг. 144, а) и вырезные (фиг. 144, б), реже закругленные (фиг. 144,б), обжимки (фиг. 144, г), раскатки' (фиг. 144, д), пережимки (фиг. 144, ё), патроны для удержания поковки (фиг. 144, ж) и другие инструменты.

Фиг. 144. Инструмент для вытяжки:

а — плоские бойки; 6 — вырезные бойки; в — закругленные бойки; г – обжимка е - пережимка

ж — патроны.

Процесс вытяжки осуществляют последовательными нажатиями (обжи­мами, фиг. 145) с подачей заготовки вдоль оси вытяжки и поворотами ее (кантовкой) вокруг этой оси. Два последовательных обжима с промежуточ­ной кантовкой на 90° называются переходом.

Основными разновидностями операции вытяжки являются следующие.

Расплющивание (уширение, разгонка) — разновидность операции вы­тяжки, служит для увеличения ширины исходной заготовки за счет умень­шения ее высоты, применяется для получения поковок или участков поковок плоской формы, типа пластин.

Ковка (свободная)

Вытяжка с оправкой (фиг. 146)—операция, посредством которой увели­чивают длину пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок (ковка котельных барабанов, турбинных роторов и т. д.). Применяемый инструмент — вырезные бойки (нижний вырезной / и верхний плоский 2), а также слегка конические оправки 3.

Раздача на оправке (фиг. 147) —операция, посредством которой одно­временно увеличивают наружный и внутренний диаметры пустотелой заго­товки за счет уменьшения толщины ее стенок (ковка колец, обечаек, барабанов и т. п.). Применяемый инструмент —узкий и длинный верхний боек, цилинд­рическая оправка, подставка под оправку. Процесс со­стоит в том, что заготовка опирается внутренней по­верхностью на оправку 1, устанавливаемую концами на подставках 2, и ковку ведут с вращательной пода­чей, причем длинная сторона

бойка 3 параллельна оси поковки.

Вытяжку с оправкой и раздачу на оправке часто применяют совместно. Вначале раздачей на оправке уничтожают бочкообразность предварительно осаженной и прошитой заготовки и доводят ее внутренний диаметр до требуемых размеров. Затем вытяжкой с оправкой уменьшают толщину стенок и увеличивают до заданных размеров длину поковки, калибруя внутреннее отверстие по оправке.

Прошивкой (фиг. 148) называется кузнечная операция, посред­ством которой в заготовке получают отверстие (сквозная прошивка) или углубление (глухая прошивка). При ручной ковке для прошивки служат пробойники (бородки, фиг. 137, д) круглые квадратные, плоские и фигур­ные, а при машинной ковке—прошивни (фиг. 148) сплошные с круглым или

Фиг. 145. Схема тяжки.

Фиг. 146. Схема вытяжки с оправкой. Фиг. 147 Схема раздачи на оправке.

фасонным поперечным сечением, а также пустотелые, надставки (сплошные и пустотелые), оправки калибровочные, подкладные плиты с отверстиями (подкладные кольца). Прошивка сопровождается искажением формы про­шиваемой заготовки, а при сквозной прошивке — отходом металла выдру.

На фиг. 148, а показана последовательность операции прошивки безпод­кладного кольца с двух сторон, а на фиг. 148, б — прошивка с подкладным кольцом с одной стороны.

Отверстия большего диаметра, свыше 400—500 мм, прошивают пусто­телыми прошивнями (фиг. 148, в).

Рубкой (фиг. 149) называют кузнечную операцию, посредством кото­рой заготовку разделяют на части (рубка) или только частично подразделяют (разрубка, прорубка), или от заготовки отделяют часть материала по наруж­ному (обрубка) либо внутреннему (вырубка) контуру. Рубку применяют для получения из большой заготовки нескольких заготовок меньших размеров, удаления излишков на концах поковок, удаления донной и прибыльной* частей слитков и для получения фигурных поковок (коленчатые валы с вырубленными коленами, дышла, спарники, вилки и т. п.).

Инструментом для руб­ки служат при ручной ков­ке зубила (см. фиг. 137, е) и подсечки, а при машин­ной ковке — топоры дву­сторонние (фиг. 150, а), односторонние (фиг. 150, б), угловые (фиг. 150, в), по­лукруглые (фиг. 150, г) и другие инструменты. При рубке часть металла отхо­дит в обссечки (фиг. ]49).

Гибкой называют кузнечную операцию, по­средством которой заго­товке придают изогнутую форму по заданному кон­туру. Гибку применяют для получения непосред­ственно или в комбинации с другими операциями разнообразных изделий изогнутой формы (уголь­ников, скобок, крюков, кронштейнов, лап, кулис и т» п.). Операция гибки сопровождается искаже­нием первоначальной фор­мы поперечного сечения заготовки и уменьшением его площади (утяжка) в зоне изгиба (фиг. 151). Кроме того, возможно - образование складок по внутреннему контуру и трещин по наружному кон­туру. Чем меньше радиус закругления и чем больше угол загиба, тем силь­нее проявляются указанные явления. Чтобы устранить искажение формы-

поперечного сечения заготовки в зоне изгиба, производят правку (проглаживание) при помощи гладилок (ручная ковка), раскаток, бойков.

Неполноту формы (утяжку) правкой уничтожить нельзя. Для получения в зоне изгиба сечения желаемой площади заготовке заранее придают в этом месте увеличенные поперечные размеры.

Закручиванием называется кузнечная операция, посредством кото­рой одну часть заготовки поворачивают по отношению к другой под определенным углом вокруг общей оси. Закручивание применяют для полу­чения поковок специальной, формы (коленчатые валы с коленами, располо­женными в различных плоскостях, стенные болты, стойки для изгородей, спиральные сверла и др.).

Фиг 148. Схема прошивки

а — сплошным прошивнем с двух сторон; 6 — сплошным прошивнем? с подкладным кольцом;

в — пустотелым прошивнем

Фиг. 149 Схема разновидностей рубки.

Инструментом для закручивания служат воротки и вилки (фиг. 152).

Операция закручивания сопровождается некоторым уменьшением длины исходной заготовки в. зоне закручивания. При больших углах закручива­ли я или при закручивании малопластичных металлов возможно появление трещин.

Фиг. 150. Топоры.

Кузнечная сварка — операция, посредством которой соеди­няют в одно целое отдельные части или концы заготовок. Кузнечную сварку применяют главным образом при ручной и машинной ковке мелких -поковок для целей ремонта; в современном производстве приняты в основном другие способы сварки (автогенная, электросварка). Кузнечной сваркой

хорошо сваривается мягкая сталь с со­держанием углерода 0,15—0,25%; сталь с содержанием углерода свыше 0,45% почти не поддается качественной, сварке. Примеси в стали снижают ее сваривае­мость.

Фиг. 151. Искажение формы заготовки при изгибе: Фиг. 152. Схема закручивания простой вилкой.

а — утяжка; б — круглого сечения;

в — квад­ратного сечения

Основные способы сварки: внахлестку (фиг. .153, а), в разруб (фиг. 153, б), .встык (фиг. 153, в) и в расщеп (фиг. 153, г) для тонкого железа.

Для того чтобы показать, каким образом, применяя ту или иную ком­бинацию основных кузнечных операций, можно осуществить технологиче­ский процесс изготовления определенной пиковки, ниже приводим два -примера.

Поковку одноколейного вала (фиг. 154) изготовляют на молоте из блюма сечением 200 X 200 мм, длиной 564 мм (фиг. 154, а). Вначале заго­товку осаживают, а затем производят вытяжку ее на сечение 332 X 180 мм (фиг. 154, б). Далее производят пережим заготовки (фиг. 154, Фиг.) с двух «концов. Участок заготовки по середине ее (между пережимами) должен содержать то количество металла, которое необходимо для образования щеки вала. Дальнейший ход процесса ясен из фигуры: грубая вытяжка короткого участка будущего вала на прямоугольник (фиг. 154, д), пережим его с двух сторон (фиг. 154, ё) для последующей вытяжки на квадрат (фиг. 154, к), обкатка — вытяжка на круг (фиг. 154, л). Точно так же отковывают длинный участок вала (фиг. 154, м—р). Наконец, отделывают колена и обрубают излишки с концов вала (фиг. 154, с).

Вал гидротурбины (фиг. 155) куют на гидравлическом ковочном прессе силой ~ 10 000 т из слитка весом около 170 т с пяти нагревов (выносов).

После первого нагрева произво­дят вытяжку (обжим) слитка на диа­метр 2250 мм, обрубку донной и прибыльной его частей (фиг. 155, а), осадку

Фиг. 153. Схема сварки: Фиг. 154. Последовательность операций

ковки одноколенного вала

а — внахлестку; б — вразруб;

в — встык; г — врасщеп

слитка на диаметр 2800 мм и прошивку отверстия диаметром 600 мм при помощи пустотелого прошивня (фиг. 155, б), вытяжку с оправкой диаметром 520 мм, . затем, отступя от донного конца на 1300 мм, —вытяжку на диа­метр 2000 мм (фиг. 155, в); дальнейшую вытяжку с оправкой (фиг. 155, г и д), в результате которой поковка получает почти готовую форму, но с большим, чем по чертежу, диаметром отверстия и не протянутым концом.

Остается окончательная отделка поковки на оправке, диаметром 450 мм с вытяжкой оставшегося не протянутым на предыдущем выносе конца вала на требуемый диаметр 1000 мм (фиг. 155, е).

Для того чтобы разработать технологический процесс ковки, необхо­димо прежде всего составить чертеж поковки.

Чертеж поковки составляют на основании разработанного конструктором чертежа готовой детали с увеличением указанных в нем размеров на вели­ чину припусков (там, где поверхности подлежат механической обработке) и установлением допусков на ковку. В отдельных случаях конфигурации дета­ лей упрощают путем напусков.

Величина припуска зависит от разнообразных факторов, в частности от размеров поковки: чем больше поковка, тем больше и припуски. Так, напри­мер, для цилиндрических ступенчатых поковок (валы с уступами) величина припусков колеблется приблизительно в пределах 5—50 мм на диаметр.

Допуском на ковку называют обусловленное чертежом допускаемое от­клонение размеров готовой поковки от ее номинальных размеров, поставлен­ных на чертеже (фиг. 156). Припуски дают только на участках поковки, подвергаемых обработке резанием, а допуски необходимо предусматри­вать на всех участках поковки, в том числе и на тех, которые оставляют черными, т. е. не подвергают механической обработке. Поэтому конструктор детали, оставляя те или иные участки поковки черными, дол­жен знать, с какой точностью можно их отковать. Допуски на попереч­ные размеры (диаметр круга, сто­роны квадрата и т. п.) участков по­ковок, не подвергаемых механиче­ской обработке, составляют для диа­метра 25 мм ~ 1 мм, для диа­метра 200 леи ~+2,5 мм. Допуски на обрабатываемые участки для облегчения изготовления поковки дают значительно больше, например, для диаметра 200 мм ~ + 6— 11 мм

Напуском называется добавление некоторых объемов металла в по­ковке по сравнению с

Фиг. 155 Последовательность операций ковки гидротурбины.

готовой де­талью, к которому прибегают при необходимости упростить конфигу­рацию поковки в.целях облегчения ее изготовления, например коленча­тый вал без откованных кривошипных шеек (фиг. 157), поковка без отвер­стия, имеющегося в готовой детали, и т. д. Напуски удаляют последующей обработкой резанием.

Имея чертеж поковки, можно определить и необходимый для ее изго­товления вес исходного материала; его определяют по формуле

^Gвс = ^Gn_K + Gпр + G_dH + G_уг + G_об

Где ^Gвс вес исходного материала;

^Gn_K вес поковки;

Gпр вес отхода с прибыльной части слитка;

G_dH вес отхода с донной части слитка;

G_уг вес отхода на угар;

G_об вес отхода на обсечки.

Вес отхода с прибыльной части слитка G_np обычно принимают для слит­ков из конструкционной углеродистой стали, отливаемых сверху с утепляю­щей надставкой, 15—25%, а из легированной до 35%.

Вес отхода с донной части G_dн следует принимать для углеродистой стали 5—7% веса слитка, а для легированной 7—10%.

Вес отхода на угар О_уг при расчетах веса исходного материала назна­чают 2—3% веса нагреваемого металла на каждый нагрев и 1,5—2% на каждый подогрев.

Вес отхода на обсечку G_o6 зависит от сложности поковки, а также от принятого технологического процесса, достигая в сложных поковках до 30% и даже более веса поковки. При изготовлении поковок одинаковой конфигу­рации относительно больший отход получают для поковок меньшего веса.

Понятно, что при ковке из прокатанной заготовки G_np и G_dH отсутствуют.

Что касается размеров поперечного сечения исходного материала, то площадь последнего, если поковку изготовляют в основном при помощи

Фиг. 156. Схема размеров поковки Фиг. 157. Поковка с напуском,

с припуском и допуском.

В тех случаях, когда ковкой невозможно обеспечить совпадение напра­вления волокон с направлением наибольших нормальных напряжений, возникающих при работе детали, уковку следует брать равной 3—4,5. В тех случаях, когда эти направления точно, совпадают, уковку следует брать больше.

Затраты труда, металла и энергии на поковку будут тем меньше, чем технологичнее сконструирована деталь.

Для деталей, получаемых из поковок, изготовляемых свободной ков­кой, желательны наиболее простые, симметричные, прямые, гладкие формы, очерченные плоскостями или цилиндрическими поверхностями. В деталях сложной конфигурации некоторые участки могут оказаться вообще невы­полнимыми свободной ковкой, в связи с чем будет необходимо прибегать к напускам для упрощения конфигурации. Напуски, как было указано ранее, подлежат удалению обработкой резанием (иногда вырезкой автогеном и т, п.). что вызывает удорожание детали.

Следует избегать в поковках конических (фиг. 158, а) и клиновых (фиг, 158, б) форм, особенно с малой конусностью (фиг. 158, в).

Надо учитывать трудность выполнения свободной ковкой участков пересечений цилиндрических поверхностей между собой (фнг. 158, г), а также и с призматическими поверхностями (фиг. 158, д).

В поковках необходимо избегать ребристых сечений, учитывая, что ребра свободной ковкой в большинстве случаев изготовить невозможно и поковка будет сделана с напусками. Так называемые ребра жесткости, необходимые в отливках, в поковках, изготовляемых методом свободной ковки, недопустимы.

Нельзя допускать бобышек, платиков, выступов и т. п. на основном теле поковки (фиг. 158, е), в частности выступов внутри развилин вильчатых дета­лей (фиг. 158, ж).

Фиг. .158'. .Правильные и

Фиг. 158 Правильные и неправильные поковки.

Детали с резкой разницей в размерах поперечных сечений или со сложной конфигурацией надо стремиться заменять сочетанием нескольких более про­стых деталей или выполнять сварными из нескольких частей (фиг. 158, з).

Кроме этого, следует учитывать возможность отковки с правильным направлением волокон, как указано на стр. 188.