Что такое ковка металла — виды и технология
Содержание статьи:
- Что это такое?
- Виды
- Горячая
- Холодная
- Какие инструменты потребуются
- Виды обработки
- Технология производства
- Где используется
- Преимущества кованых изделий
Ковка металла — это обработка материала при высокой температуре. С нею удается получить изделие определенных размеров и форм. Общей температуры нет, у всех материалов она разная. Во многом она зависит от физических и химических характеристик обрабатываемого материала. В этой статье подробнее разберемся с тем, что такое ковка, рассмотрим ее виды и другие важные моменты.
Что это такое?
Если говорить простым языком, то ковка — это обработка металла при установленной температуре. В таких условиях материал становится мягким, пригодным для дальнейшей работы. Ковочная температура железа составляет 1250-800°С, титана — 1600-900°С, меди — 1000-650°С.
Это лишь несколько примеров. Каждый металл обладает своими характеристиками, в том числе и уровнем температуры.
Альтернатива горячей ковки — холодная ковка металла. При таком способе материал не нагревается до высоких температур. Нужные формы получаются исключительно в результате механической обработки. По сравнению с горячим способом этот — менее трудоемкий, однако и его должны выполнять профессионалы. Это гарантирует отличный результат и воплощение замысла.
Виды
Существует две разновидности ковки — горячая и холодная. Разберем подробнее каждый из этих способов.
Горячая ковка
Прошли столетия с появления этого способа, но он все не теряет своей популярности. Интересно, что многие годы кузнечное дело казалось чем-то мистическим и тайным. По одной из версий от этого ремесла произошло слово «коварство». Изначально оно имело смысл мудрости, тайного знания и только спустя многие годы приобрело негативный подтекст.
Однако вернемся к описанию самого способа горячей ковки.
Как века назад, так и сейчас, для него требуются все те же инструменты: кузнечный очаг, клещи, молот и наковальня. Разница заключается лишь в том, что все это уже не такое примитивное, как прежде. Кроме того, у каждого инструмента есть несколько разновидностей. Например, печи могут быть переносными и стационарными, открытыми, закрытыми. То же самое касается и других инструментов. Однако, несмотря на разнообразие подручных средств, на первом месте остается умение мастера.
Горячая ковка представляет собой физически тяжелый труд. В обязательном порядке мастера используют надежные наковальни с весом не менее 30 кг, а также увесистые молоты и клещи. С технологической точки зрения работа выглядит так: заготовка нагревается до температуры ковки, после чего ей придают необходимую форму. Ввиду этого мастер не ограничивается молотом.
В ход идут раскатки тиски и другие инструменты, позволяющие получить изделие необходимой формы.
После этого элементы соединяются в одну заготовку, например, с помощью заклепок, кузнечной сварки. Добавим, что этот метод считается искусством. Благодаря ему из невзрачного металла получаются изделия с необычными формами: предметы мебели, интерьера и др.
Однако есть у горячей ковки и несколько недостатков. Прежде всего, нагрев металла подразумевает специально оборудованное помещение, а также наличие дорогого оборудования. Кроме того, работа с открытым огнем требует предельной внимательности и сосредоточенности.
Холодная ковка
Этот метод обработки металла предполагает меньшее участие специалиста. С его помощью удается добиться оригинального эффекта состаренного материала. Этот способ — оптимальное решение для получения добротных, красивых, но типовых изделий. В случае объемных заказов удается создать 100% идентичные узоры, которые будут копиями друг друга. Добавим, что этот способ обходится дешевле горячей ковки.
Какие инструменты потребуются
Остановимся на инструментах, которые нужны для ковки. Их немало, но мы разберем основные, которые используются столетиями. Расскажем о кузнечном очаге, наковальне, а также о клещах и молоте.
По виду кузнечные очаги делятся на:
- стационарные, мобильные;
- электрические и те, которые работают на топливе;
- открытые, закрытые;
- с центральной фурмой, а также с боковыми соплами топливной подачи;
- газотопливными, жидкостными или с твердым топливом.
А вот о том, какой бывает наковальня, знают многие. По сути она представляет собой большой металлический стол, на котором формируется заготовка. В ее конструкцию входит основание, наличник с отверстиями под гибку и рог. Разновидностей такого стола много, главное условие — наличие стальной опоры массой не менее 30 кг.
Еще один важный инструмент любого кузнеца — клещи. Они нужны для разных манипуляций с заготовками.
Разница заключается в их весе. Кроме них, мастерам нужна печка (или горн), а также специальный стержень для захвата болванки. И, конечно, ни один кузнец не обходится без молота. Этот инструмент считается основным. Его масса бывает разной, в зависимости от габаритов заготовки.
Самым первым материалом ковки была медь. Это легко объяснить ее распространенностью, а также легкостью обработки. Ковать ее можно уже при 100°C, что было под силу мастерам того времени. После люди начали осваивать изготовление бронзовых и железных изделий.
Виды обработки
Перечислим основные виды металлической ковки: машинная, свободная, а также штамповка. Первый способ — самый современный. Его используют при масштабном производстве, а также в тяжелой промышленности. Для выполнения поставленной задачи подходят механизированые молоты, масса которых может достигать 5 тонн. Наряду с ними используется пресс и ковочные машины. Вес самих заготовок может достигать нескольких десятков тонн.
Свободная ковка — технология, которая подразумевает то, что заготовки не ограничиваются формами.
Сюда же входит ручная ковка, когда изделию придают необходимую форму с применением молотка и кувалды. Этот способ улучшает характеристики металла, подходит для производства единичных продуктов. Улучшение характеристик заготовки происходит за счет размельчения крупных кристаллов материала, получения однородной структуры с мелким зерном.
Штамповка — еще один вид кузнечной обработки. С ее помощью производство стало массовым. В ходе изготовления металл ограничивают штампами. При деформации его форма меняется до необходимой. Штамповку используют там, где необходимо получить большое количество продукции.
Технология производства
Подробно рассмотрим этапы ковки:
Нагрев заготовки
Это первый шаг, с которого начинается производство. От него зависит дальнейшее развитие событий и то, насколько хорошо пойдет работа. Сам он представляет собой следующее: взятие металлической заготовки и разогрев печи (ориентиром должен служить темно-красный цвет, который просигнализирует готовность).
Заготовка размещается в термической установке, доведенной до высокой температуры. Добавим, что полуфабрикат обязательно должен быть горячим. Это позволит избежать трещин в слоях сплава внутри.
Для предварительного нагрева вполне подойдет показатель в 300°C. Когда детали находятся в самой печи, то можно проследить закономерность: чем выше температура, тем пластичнее деталь и легче поддается обработке. Однако перегревать полуфабрикат не нужно. Это может привести к образованию кристаллов со слабыми связями, которые сделают сплав хрупким. Чтобы не допустить этого, ориентируются на температуру ковки каждого металла.
Обжим
Это следующий шаг. Здесь отметим, что металл — это вовсе не однородный материал, как может показаться. Внутри него имеются различные пустоты. Именно поэтому заготовку, которая вышла из печи, следует уплотнить. С этой целью от середины до конца по ней ударяют молотком. Условно это действие можно разделить на два этапа: подготовку, а также финальную отделку.
Подготовка подразумевает уплотнение сплава, придание необходимых параметров. Здесь для каждого вида обработки (плоские, цилиндрические вещи, кольца и др.) предусмотрен свой способ ковки. Например, сплошные цилиндры обрабатываются на нижнем бойке наковальни. По заготовке проходятся молотком, через несколько ударов, вращая по оси на 1/8 оборота. На выходе получается восьмигранник.
Такую заготовку обжимают снова, таким же способом. На выходе получается форма, у которой насчитывается 16 граней. И так происходит до тех пор, пока не удается получить цилиндр с сокращенным диаметром. При этом сама заготовка прибавляет в длине, а металл движется по оси. Такой способ обработки именуют вытягиванием. В ходе него обязательно отслеживают состояние металла. В случае обнаружения трещин работу придется остановить, чтобы убрать дефекты кузнечным зубилом.
Если размеры детали, которую подвергнут ковке, очень большие, работу делят на два этапа: обжимают, проводят подготовительные работы с нижней частью, а затем нагревают и занимаются другой частью.
Затем проводится «отрубка прибыли», которая предполагает удаление верха заготовки. Это связано с тем, что в этой части содержится много пустот.
Проще всего формировать детали в виде колец. Для этого заготовки требуется обжать, вытянуть. На следующем шаге — удалить с них окалину, «отрубить прибыль» и разделить на части. Незадействованные части нагреваются повторно, а затем из них формируются изделия в форме лепешек. Для получения колец остается сделать отверстия в лепешках с обеих сторон. На следующем шаге проводится обработка в наковальне стойчатого типа, которая называется «разводкой».
Востребованная форма заготовок представляет собой прямоугольные детали с поперечным сечением. Их ковку следует выполнять в соответствии с имеющимися рекомендациями. Наличие наковален (плоских) является обязательным. На первом шаге здесь делают обжим, а затем сплющивание. Далее деталь поворачивается по оси на 90°C; осуществляется сплющивание «на ребро».
В результате этого шага, а также ударов деталь вытягивается, становится длиннее, чем ось.
Однако здесь нужно следить за тем, чтобы заготовка не превратилась в тонкую ленту. С этой целью производят раскатку, которая требуется для расширения размеров. Появившиеся неровности сглаживаются с помощью молотка. Подобный способ подходит для ковки бронированных плит.
Добавим, что разновидностей заготовок много. Они выбираются, исходя из формы, вида металла. Главное здесь — подобрать вариант и соблюдать технологию. От этого зависит результат работы.
Отделка
После обработки заготовка имеет непривлекательный вид, и это нужно исправить. Для этого предусмотрена отделка. В ходе нее металлическое изделие становится гладким, приобретает необходимые размеры. С этой целью его чистят зубилом, тем самым удаляя трещины. Далее по всей поверхности проходятся молотком. На следующем шаге проверяется соответствие получившегося изделия тому, которое было задумано.
Выполнять отделку не так сложно, как это может показаться. Для ее проведения существует немало инструментов: штампы для финишной «полировки», гладилки и др.
Однако все они могут использоваться только для остывших деталей.
Далее, в рамках отделки, снижают тягучесть металла, проводят его отвердевание. Это важный шаг, который требует повышенного внимания. Если что-то упустить, на изделии могут появиться трещины.
Чем заготовка внушительнее, тем дольше и сложнее она остывает. Это нужно учитывать. Чтобы избежать искажения формы сразу же после ковки деталь отправляют в горячий мусор. Главное здесь — успеть, пока она не потеряет ярко-красный цвет. Если форма заготовки сложная, не обойтись без дополнительного отжига. В ходе него ее нагревают примерно до 700°C. После этого ее температура падает в печи.
Все чаще в производстве встречаются гидравлические прессы. Они используются как кузнечный молот в привычном понимании. Их называют пресс-молотами или жомами. С точки зрения экономии они оказываются выгоднее, чем молот. Однако к ним стоит относиться внимательно, потому что есть риск появления дефектов.
Где используется
Ковка металла ориентирована преимущественно на единичное или мелкосерийное производство.
По ряду параметров она превосходит литье. Прежде всего, среди ее преимуществ отмечают меньшую трудоемкость и продолжительность работы. Также способы различаются температурами обработки и выбором инструмента. Например, для литья требуются очень мощные, а, следовательно, очень дорогие печи.
В быту кованые предметы встречаются очень часто. Они украшают интерьер: подсвечники, вешалки, подставки для цветов и многое другое. В загородных домах ковка встречается очень часто. С ее помощью производят корзины для дров и многое другое.
Красиво смотрятся двери с ковкой. То же самое можно сказать о мебели, например, изголовьях кровати и др. Лестницы из кованого металла — прекрасный выбор на все времена. Сюда же можно отнести ворота, ограждения, беседки и другие объекты.
Добавим, что ковка всегда в моде. Ей не страшно течение времени и смена дизайнерских взглядов. Она представляет собой практичное решение, является частым выбором многих людей.
Преимущества кованых изделий
Разбираясь в том, что такое ковка, нельзя упустить преимущества готовых изделий.
Среди плюсов отмечают:
- Прочность. Кованые изделия обладают изяществом и тонкостью форм. Однако, несмотря на это, являются прочными. Их материал сохраняет качество, обладает твердостью и упругостью.
- Износостойкость. Наличие антикоррозийного покрытия делает кованые изделия еще более долговечными. Использовать их можно в помещении и на улице.
- Совместимость с другими материалами. Кованые элементы удается комбинировать с бетоном, кирпичом, деревом, камнем. Готовые объекты смотрятся красиво.
- Оригинальность. Кованые изделия часто производят в единственном экземпляре. Это делает их по-настоящему уникальными.
Добротные кованые изделия украшают любые места. Их можно увидеть в частном доме, квартире, административном и любом другом здании.
Со временем они сохраняют вид. Специальный уход за ними не требуется.
В этой статье мы разобрались с тем, что такое ковка металла, узнали, как она выполняется, а также какие ее виды существуют. Рассмотрели преимущества кованых изделий и то, где они используются. В заключение следует сказать, что ковка актуальна во все времена, в том числе и сейчас. Стоимость этой технологии полностью себя оправдывает. Кроме того, сама ковка открывает широкие возможности для производства оригинальных изделий.
Что такое ковка? | Статья от ГК Велунд Сталь Москва
Ковка — это производственный процесс, включающий формование металла путем ковки, прессования или прокатки с помощью молотка или штампа. Ковку часто классифицируют в зависимости от температуры, при которой она выполняется: холодная, теплая или горячая.
Ковать можно самые разные металлы. Типичный металл, который используется при ковке это сталь разных видов, например, углеродистая, легированная или нержавеющая.
Также можно ковать очень мягкие металлы, такие как алюминий, латунь и медь. В процессе ковки можно производить детали с превосходными механическими свойствами и с минимальными отходами. Основная концепция заключается в том, что исходный металл пластически деформируется до желаемой геометрической формы, что придает ему высокое сопротивление усталости и дополнительную прочность. Этот процесс является экономически выгодным с возможностью массового производства деталей и достижения определенных механических свойств в готовом продукте.
История ковки
Мастера кузнечного дела занимались этим 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 кованным металлом. Традиционными товарами являлись: кухонные принадлежности, скобяные изделия, ручные инструменты и холодное оружие. Промышленная революция позволила ковке стать более эффективным процессом массового производства.
Основные виды ковки
Ударная ковка— это процесс обработки нагретого металла с помощью молота для придания ему формы штампа. Некоторые штампы могут иметь разнообразную форму, в то время, как другие представляют собой плоскую поверхность.
Ковка на прессе— один из наиболее часто используемых процессов. Вместо того, чтобы молотить или раскатывать материал, для придания формы деталям, используется пресс. Для сжатия материала пресс создает значительную силу, некоторые из них могут использовать давление до 50 000 тонн. Пресс движется с меньшей скоростью по сравнению с молотком, что позволяет ему проникать глубже в материал, таким образом металлическая деталь подвергается воздействию равномерно.
По сравнению с методом ударной ковки, ковка с помощью пресса имеет много полезных преимуществ. Этот способ обеспечивает большую точность и производительность, что делает его пригодным для обработки крупных деталей. Некоторые прессы автоматизированы, что снижает трудозатраты и общие затраты на производство. Это также более экономичное решение для крупносерийного производства.
Валковая ковка — еще один вид обработки, который в основном используется для производства стальных стержней и длинных деталей. В процессе ковки используются два цилиндрических валка, которые деформируют пруток. Нагретый материал проходит через валки до достижения желаемой формы и размера, что приводит к меньшим отходам материала. По сравнению с некоторыми другими методами, ударная ковка обеспечивает благоприятную зернистую структуру.
Высадочная ковка — это производственный процесс, при котором диаметр металла увеличивается за счет сжатия его длины.
Кривошипные прессы и специальный высокоскоростной станок используются в процессах штамповки в осадке. Кривошипные прессы обычно устанавливаются в горизонтальной плоскости для повышения эффективности и быстрой замены металла с одной станции на другую. Также возможно использование вертикальных кривошипных или гидравлических прессов.
Преимущества высадочной ковки:
- Высокая производительность до 4500 деталей в час;
- Возможна полная автоматизация;
- Устранение тяги и заусенцев поковки;
- Практически не производит отходов.
Методы штамповки часто классифицируются в зависимости от температуры, при которой были детали выкованы: горячая штамповка и холодная штамповка.
Автоматическая горячая штамповка — это процесс при котором стальные стержни прокатной длины вставляются в один конец кузнечно-прессовой машины при комнатной температуре, а изделия горячей ковки выходят из другого конца. Пруток нагревается с помощью мощных индукционных катушек до температуры в диапазоне 2190–2370 ° F менее чем за 60 секунд.
Пруток очищается от накипи с помощью роликов и делится на заготовки.
На этом этапе металл проходит через несколько стадий формования, которые можно сочетать с высокоскоростными операциями холодной штамповки. Обычно процесс холодной штамповки оставляют на этапе чистовой обработки. Таким образом можно воспользоваться преимуществами холодной обработки, сохраняя при этом высокую скорость автоматической горячей штамповки.
Преимущества автоматической горячей штамповки:
- Высокая производительность;
- Использование недорогих материалов;
- Минимальные трудозатраты на эксплуатацию техники;
- Практически отсутствуют отходы материала (экономия материала на 20–30% по сравнению с традиционной ковкой).
Открытая и закрытая штамповки, как вид ковки.
Традиционная кузнечная ковка — это разновидность открытой штамповки. Этот процесс требует размещения заготовки между двумя поверхностями, такими как наковальня и молоток.
Молоток ударяет по заготовке, образуя ее.
Современная ковка в открытых штампах часто включает использование двух штампов. Заготовка зажата между матрицами, но никогда полностью не ограничивается. К преимуществам выбора открытой штамповки можно отнести:
- Однородное покрытие;
- Низкая вероятность дефектов;
- Повышенная прочность и сопротивление усталости;
- Достаточно мелкая зернистая структура.
Ковка в закрытых штампах (штамповка) — представляет собой процесс сжатия заготовки в штампе, который содержит полости. Заготовка удерживается в матрице, при приложении силы металл заполняет пространство в ее полости. Когда металл сжимается, излишки материала вытесняются из штампа и после ковки удаляются. Этим методом можно изготавливать детали массой до 25 тонн. Он также позволяет получать почти чистые формы, что ограничивает необходимость в отделке.
Где применяется ковка?
Ковка используется на протяжении тысячелетий и по-прежнему является решением для отраслей по всему миру.
Процессы ковки составляют важную часть нашей экономики, поскольку детали, изготовленные данным способом, используют во многих областях: национальная оборона, автомобилестроение, добыча металлов и нефти, даже хирургические и стоматологические инструменты могут быть сделаны из кованого металла. Так же использование деталей, которые изготовлены методом ковки могут привести к сокращению затрат на производство. Эти методы подходят для работы с различными материалами, однако нержавеющая сталь и железо остаются наиболее часто используемыми.
Процесс ковки | Rex Forge
Ковка — один из древнейших видов металлообработки.
Ковка – один из древнейших видов металлообработки. Он производит детали и компоненты, которые прочнее, чем обработанные или отлитые. По мере того как металл формуется в процессе ковки, его внутренняя зернистая структура деформируется, чтобы следовать общей форме детали или компонента.
В результате зернистая структура является непрерывной по всей детали или компоненту, что обеспечивает превосходные прочностные характеристики, такие как надежность в точках высоких нагрузок.
Таким образом, OEM-производители полагаются на кованые изделия для критически важных деталей и компонентов, которые «не могут выйти из строя», используемых в самолетах, тракторах, кораблях, автомобилях, буровом и горнодобывающем оборудовании и т. д. Эти кованые изделия также должны хорошо работать во время движения, например, шестерни. компоненты.
Ковка обычно определяется как придание металлу желаемой формы с использованием сил сжатия.
Эта формовка металла может быть выполнена с помощью процессов «горячей ковки» или «холодной ковки», оба из которых имеют несколько подкатегорий. Одним из наиболее распространенных процессов является тип горячей штамповки, известный как штамповка штампом (также известный как штамповка в закрытом штампе), который используется Rex Forge. Этот метод использует мощные прессы и/или молотки и зависит от формы штампов, которые, по сути, представляют собой оттиски конечного продукта. Пять этапов штамповки методом штамповки:
1. Отопление.
Предварительно кованый металл начинается с металлических блоков, называемых «слитками», которые бывают разных форм и размеров в зависимости от изготавливаемой детали или компонента. Эти слитки нагревают почти до расплавленного состояния, при котором металл все еще сохраняет свою форму, но его можно легко изменить с помощью силы.
2. Предварительное формование.
Для формирования куска слитка, подлежащего запрессовке между закрытыми штампами, нагретый слиток окантовывают и блокируют прессом или молотком. Кромка делается для увеличения рабочего сечения, а блокировка применяется для уточнения формы для чистовой поковки.
3. Чистовая ковка.
Для завершения формы предварительно отформованный металл вдавливается в выемку между двумя штампами; здесь металл принимает общую форму конечного продукта. Для простых изделий может потребоваться только один пресс, но для более сложных изделий может потребоваться несколько ходов при разном давлении или даже разные штампы для создания конечного продукта.
4. Охлаждение.
Координируя охлаждение металла, кузнецы могут повысить прочность конечного продукта за счет деформации и оптимизации потока зерен в металле. Уникальным аспектом штамповки штампов является «заусенец», представляющий собой избыточный металл, вытекающий из штампов. Вспышка быстро остывает и затвердевает, делая ее прочнее металла в штампах. Это заставляет металл в штампах полностью заполнять любые полости.
5. Отделка.
После того, как кованое изделие прошло процесс прессования, выполняются обрезка и другие операции по обработке поверхности для повышения точности размеров кованого изделия. Обработка поверхности может быть выполнена для повышения коррозионной стойкости и улучшения внешнего вида готового кованого изделия.
Штамповка штамповкой имеет высокую первоначальную стоимость из-за затрат на проектирование, проектирование и изготовление штампов, которые можно использовать многократно.
Однако преимущество заключается в низких текущих затратах на каждую произведенную кованую деталь или компонент, что делает производство все более экономичным при увеличении объема.
И поковки штампованных штампов обычно имеют примерно на 20% более высокое отношение прочности к весу по сравнению с обработанными или литыми деталями из того же материала. Эти характеристики делают штампованные штамповки популярными в автомобильной и инструментальной промышленности.
Специализированные и мощные прессы используются для штамповки штампов.
Два основных типа прессов — механические и гидравлические. Механические прессы функционируют путем преобразования силы вращения двигателя в переходную силу, которая предшествует прессованию. Одним из преимуществ является то, что различные силы доступны в разных положениях хода. Еще одним преимуществом является то, что механические прессы работают быстрее, чем гидравлические. Гидравлические прессы используют давление жидкости и поршень для создания усилия. Преимущества гидравлического пресса перед механическим прессом заключаются в его гибкости и большей производительности. К недостаткам можно отнести более медленный, крупный и дорогой в эксплуатации пресс.
Rex Forge использует механические прессы из-за типа и объема поковок, требуемых ее клиентской базой.
Другие процессы ковки.
Другие процессы ковки включают штамповку (разновидность ковки в открытых штампах), при которой кусок горячего или холодного металла многократно ударяется и деформируется молотом для придания ему формы; и бесшовная прокатка колец, при которой из круглого слитка можно сформировать кольца практически любого диаметра и толщины.
Что такое ковка металла? Использование, плюсы и минусы ковки
Ковка — один из старейших процессов металлообработки, известных человечеству. Кузнец в деревне наших предков мог изготовить многие сельскохозяйственные орудия, необходимые для сельского хозяйства, и посуду для кухни. Кузнецы также изготавливали оружие, которое затем использовали солдаты.
Единственными инструментами для ковки, которые они использовали, были наковальня, молот и источник тепла. Сегодня ковка используется во всех отраслях машиностроения.
Эта статья призвана объяснить, что такое ковка металла, процесс ковки, преимущества ковки, использование или применение ковки, ковка по сравнению с механической обработкой и ковка по сравнению с штамповкой.
Содержание страницы
- Что такое ковка металлов?
- Процесс ковки
- Преимущества и ограничения ковки
- Преимущества ковки
- Ограничения ковки
- Использование и применение металлических поковок
- Ковка или обработка
- Какой процесс лучше, ковка или обработка?
- Ковка или штамповка
- Что лучше, ковка или штамповка?
Что такое ковка металла?
Мы можем определить ковку металлов как процесс формирования и придания формы металлам с использованием сжимающих усилий, которые прилагаются вручную или с помощью механических молотов, ковочных прессов или ковочных машин. При ковке металла вы деформируете металл в его пластическом состоянии до желаемой геометрической формы, применяя сжимающие силы.
Заготовка может находиться в горячем или холодном состоянии.
К металлу прикладывают сжимающие усилия, и металл пластически течет либо в полость штампа, либо без полости (в открытое пространство). Если штамп не используется, оператор должен управлять деформацией металла, чтобы получить желаемую форму.
Основой процесса ковки является пластическая деформация металла до требуемой геометрической формы.
Вы можете выковать металл ближе к форме требуемой детали, что сокращает механическую обработку, кроме экономии материала.
В отличие от литья и механической обработки, в кованом металле можно обнаружить перестройку зернистой структуры, что обеспечивает дополнительную прочность поковки. Уникальность процесса ковки заключается в перетекании зерен в кованный металл, что повышает прочность кованой детали.
Процесс ковки
Процесс ковки металла начинается с выбора металла, необходимого для ковки, и металл может представлять собой литую заготовку или литой пруток и т.
д. Вес и размер сырья, необходимого для поковки, могут быть рассчитывается с учетом процесса ковки, размеров штампа, припуска на усадку, размеров конечной детали и т. д. Заготовка необходимого размера и длины отрезается под необходимый вес и это ваша заготовка.
Заготовку необходимо нагреть до температуры рекристаллизации и при этой температуре металл будет готов к пластической деформации.
Вы можете выбрать процесс ковки, предназначенный для детали. Для пояснения рассмотрим метод свободной штамповки. Горячая заготовка непрерывно отбивается кузнечным молотом, и кузнец (оператор) манипулирует заготовкой для достижения желаемой формы.
Во время этого процесса ковки крупнозернистая структура литой заготовки разрушается, что приводит к рекристаллизации и образованию более мелкозернистой структуры. Кроме того, дефекты литой заготовки, такие как пористость, усадка и пустоты, устраняются или сводятся к минимуму за счет приложенных сжимающих усилий, что улучшает структурную целостность металла.
Включение, если таковое имеется в металле, разбито и распределено по кованой детали. Процесс ковки металла дает определенные преимущества в механических свойствах ковкой детали по сравнению с процессами литья или механической обработки.
Поток зерен в направлении и форме поковки придает прочность, необходимую для детали. Общая механическая прочность детали повышается в процессе ковки.
Ковка приводит к выравниванию потока зерна и достижению наилучшей направленной прочности. Термическая обработка после ковки повысит прочность.
Процесс ковки называется горячей ковкой, когда металл заготовки нагревается до температуры рекристаллизации, а процесс ковки называется холодной, если ковка производится при комнатной температуре. В общем, термин ковка относится к процессу горячей ковки.
Обычно пластичные металлы или металлы, которые становятся пластичными после нагревания, могут быть коваными. Кованные металлы включают легированные стали, углеродистые стали, инструментальные стали, нержавеющие стали, алюминий, латунь, медь, титан, никелевые сплавы и т.
д.
В процессе ковки производятся детали стабильного металлургического качества с хорошими прочностными и усталостными характеристиками. Экономика процесса ковки зависит как от количества требуемых поковок, так и от их размера. Если поковка весит больше, то даже небольшое количество может стать экономичным для ковки по сравнению с механической обработкой.
Точность размеров поковки зависит от кузнечной способности металла. Несмотря на то, что многие металлы могут быть коваными, пластичные металлы имеют лучшую способность к ковке и лучшую устойчивость к размерам. Поковки предпочтительнее механической обработки для деталей, которые должны быть отказоустойчивыми (отказ будет дорогостоящим или катастрофическим).
Преимущества и ограничения ковки
Преимущества ковки
- Кованые детали имеют лучшую структуру зерна и прочность по сравнению с литьем или механической обработкой.
- Ковка улучшает структурную целостность детали, устраняя дефекты в литой заготовке, а именно.
пористость, пустоты, трещины, усадка, включения и др. - Ковка формирует металл заготовки до ближайшей геометрической формы детали, что приводит к снижению стоимости материала и стоимости обработки.
- Кованые детали имеют лучшую устойчивость и более высокую надежность по сравнению с литыми или обработанными деталями.
- В процессе ковки производятся детали стабильного металлургического качества с хорошими прочностными и усталостными свойствами.
- Для такой детали, как крюк крана, ковка является единственным процессом, обеспечивающим необходимую прочность благодаря направлению потока волокон. Ковка
- изменяет микроструктуру металла заготовки, а кованая деталь имеет более мелкозернистую структуру с потоком зерен в форме детали.
пористость, пустоты, трещины, усадка, включения и др.Ограничения ковки
- Высокие первоначальные затраты на кузнечное оборудование, установку для ковки и штампы для ковки. Процесс ковки требует обученного персонала, а здание мастерской должно поглощать вибрации и удары, возникающие при операциях ковки.
- Процесс опасен, так как человеку приходится иметь дело с горячим металлом и звуком прессов и молотков.
- Сложные формы нельзя выковать.
Использование и применение металлических поковок
Металлические поковки могут быть небольшой автомобильной деталью или огромной деталью для конструкции машины. Применение ковки можно найти в машиностроении:
- Авиастроение — валы реактивных двигателей, детали турбин, шасси и т. д.
- Автомобильная промышленность — коленчатые валы, шатуны, шестерни, рычаги, штоки клапанов, кулачки, оси и т. д.
- Ручной инструмент — гаечные ключи с открытым зевом, накидные ключи, шестигранные ключи, крючковые гаечные ключи, гаечные ключи, плоскогубцы и т. д.
- Метизные изделия — винты, болты, заклепки, гвозди, крюки крана и т. д.
- Кухонные принадлежности, такие как ножи, щипцы и т. д.
- Военный-Ствол ружья холоднокованый
- Ювелирная промышленность. Ювелирные изделия из золота, серебра и платины.
Ковка и обработка
Когда нужно изготовить деталь определенной формы, у вас будет несколько способов сделать это. Деталь может быть изготовлена непосредственно из металлического круга или заготовки, или форма детали может быть выкована и затем обработана при необходимости, или деталь может быть изготовлена штамповкой с использованием металлического листа.
Каждый процесс имеет свои преимущества и недостатки, включая стоимость его выполнения.
Основным преимуществом ковки перед механической обработкой является дополнительная прочность кованых деталей благодаря зернистой структуре. Ковка может быть лучшим выбором для деталей, требующих прочности, качества, оптимальной стоимости и большого требуемого количества.
В следующих параграфах мы сравним процесс ковки с механической обработкой и штамповкой.
| Процесс ковки | Процесс обработки |
1. Разница в процессе | |
| Ковка – это процесс, при котором металл деформируется, смещается и сжимается под действием силы сжатия для придания ему необходимой геометрической формы. Из куска круглой заготовки можно выковать шатун. | Обычные процессы механической обработки, такие как токарная обработка, фрезерование, шлифование и т. д., являются субтрактивными процессами, при которых материал удаляется из заготовки для придания желаемой формы. Вывезенный материал является металлоломом. |
| 2. Экономия материала (отношение массы сырья к массе детали). | |
| Соотношение хорошее, так как металл выковывается до желаемой геометрической формы за счет смещения металла (пластическое течение металла) с использованием сжимающих сил. Детали могут быть выкованы до почти чистой формы с минимальной вторичной обработкой. Экономия материала хорошая (экономия материала и обработки). | Коэффициент высокий, так как деталь выточена из заготовки большего размера. Из заготовки весом 5 кг вы изготовите деталь весом от 2 до 2,5 кг. Плохая экономия материала. |
| 3. Размер и вес компонентов. | |
| Без ограничений, если обеспечена доступность металла заготовки, печи, ковки и оборудования для обработки. | Без ограничений, если обеспечена доступность металла заготовки, возможности обработки и погрузочно-разгрузочных работ. |
| 4. Прочность детали. | |
| Прочность кованой детали хорошая за счет направления движения зерен и измельчения зерен. Ковка улучшает структурную целостность детали, устраняя такие дефекты заготовки, как пористость, трещины, усадка, включения и т. д. | Прочность уступает ковке. Зернистая структура исходного литого металла заготовки сохраняется, а дефекты материала, такие как пористость, продолжают существовать. |
| 5. Производство металлолома | |
| Незначительно или очень мало. | Больше в случае субтрактивной обработки и незначительно в случае аддитивного производства. |
| 6. Экономика производства | |
| Рекомендуется для высокой производительности. Обычно не рекомендуется для мелкосерийного производства. | Не рекомендуется для высокой производительности. Подходит для мелкосерийного производства. |
| 7. Сложность форм | |
| Очень сложные формы невозможны по следующим причинам: Ковка — это твердотельный процесс, и металл не может затекать в сложные полости. Извлечение поковки — еще один вопрос, который необходимо рассмотреть. | Сложные формы могут быть обработаны с использованием различных процессов обработки, включая станки с ЧПУ. |
| 8. Изменения в конструкции детали. | |
| Поскольку для ковки используются специальные штампы, в конструкцию детали могут быть внесены нулевые или очень ограниченные изменения. Соскоблить штамп дорого. | Поскольку в процессе обработки используется мало «низкоспециализированных инструментов», изготовление детали в соответствии с новой конструкцией не представляет большой сложности. При обработке на токарных и обрабатывающих центрах с ЧПУ можно использовать стандартный инструмент. |
| 9. Требование вторичных операций перед конечным использованием. | |
| Кованые детали обычно требуют вторичной обработки перед их конечным использованием. Однако такие детали, как кованые гаечные ключи, можно использовать после хромирования или цинкования. | Деталь, прошедшая обработку, готова к конечному использованию. Большую часть времени он используется в обработанном виде, а иногда может потребоваться нанесение покрытия. |
| 10. Время производства от сырья до готовой детали (когда оснастка или штамп готовы). | |
| Занимает меньше времени по сравнению со 100% механической обработкой. Кованая деталь будет готова к использованию после небольшой механической обработки. Ковка является высокопроизводительным процессом по сравнению с механической обработкой. | Занимает больше времени, чем ковка, поскольку задействованы другие процессы обработки. Механическая обработка является малопроизводительным процессом по сравнению с ковкой. |
Какой процесс лучше, ковка или механическая обработка?
Это сложный вопрос, и на него нет универсального ответа. Когда конструкция детали готова, ее необходимо проанализировать на предмет соотношения затрат и требований к конструкции, и количество необходимых деталей играет здесь важную роль.
Если количество большое, то процесс ковки может быть рентабельным.
Однако, если количество невелико, процесс ковки может быть неэкономичным.
Тогда доступными альтернативами может быть комбинация механической обработки и термической обработки или это может быть комбинация открытой штамповки и механической обработки, чтобы использовать преимущества как механической обработки, так и ковки.
В конечном счете необходимо сбалансировать требования к дизайну и стоимость. Выбор правильного процесса должен быть технико-коммерческим решением.
Ковка и штамповка
Штамповка металла — это процесс резки, гибки и формовки листового металла в желаемую форму и размер. Некоторые операции штамповки, такие как формовка и конусообразование, аналогичны холодной ковке. Поэтому важно, чтобы вы понимали разницу между этими двумя процессами.
| Ковка | Штамповка |
| 1. Объясните процесс ковки и штамповки | |
Ковка – это процесс, при котором металл деформируется, смещается и сжимается под действием силы сжатия для придания ему необходимой геометрической формы. Из куска круглой заготовки можно выковать шатун. | Сырье, используемое для штамповки, представляет собой плоский металлический лист или рулон. Форма плоского металлического листа изменяется на круглую или круглую форму с отверстием, или на чашеобразную форму и т. д. Однако толщина листа не изменяется в большинстве операций штамповки, и даже когда толщина листа изменяется в таких операциях, как гибка или глубокая вытяжка, она очень незначительна и происходит только на определенных участках. |
| 2. Тип перерабатываемого сырья | |
| Заготовки или прутки, нарезанные по размеру и весу. Процесс ковки выполняется на твердых объемных металлах. | Листовой металл различной толщины в виде рулонов или нарезанный по размеру. |
| 3. Температура процесса | |
Операцию ковки можно проводить при комнатной температуре (холодная ковка), выше комнатной температуры (теплая ковка) и при температуре рекристаллизации (горячая ковка). | Штамповка обычно выполняется при комнатной температуре. |
| 4. Операции, выполняемые при ковке и штамповке. | |
| Ковка в открытых штампах (ручная и машинная ковка), ковка в закрытых штампах (штамповка, штамповка, машинная ковка), бесшовные катаные кольца и т. д. | Вырубка, прокалывание, резка (резка), вырубка, сгибание, чеканка, чеканка, сужение, завивка, подшивание, сшивание и т. д. |
| 5. Изменение структуры зерна после процесса. | |
| Кованые детали имеют улучшенную и более мелкую структуру зерна и хорошую структурную целостность. | Зернистая структура не изменилась. |
| 6. Потребность в вторичных операциях | |
Кованые детали обычно требуют вторичной механической обработки перед их конечным использованием. Есть несколько исключений, таких как гаечные ключи, которые после ковки и обрезки имеют сетчатую форму. ➤
| |