При изготовлении поковок любой формы и размеров пользуются предварительно разработанной технологией. Технологические процессы весьма разнообразны, но все они представляют различные сочетания основных кузнечных операций: осадка (высадка), вытяжка, прошивка, гибка, закручивание, рубка и кузнечная сварка.
Осадкой (рис. 129, а) называется операция, посредством которой увеличивают поперечное сечение исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты. Осадкой получают шестерни, фланцы, турбинные диски с большим поперечным сечением при относительно малой высоте из заготовок меньшего поперечного сечения. Осадку как предварительную операцию перед прошивкой применяют при изготовлении пустотелых поковок (кольца, барабаны), а иногда как предварительную операцию для уничтожения дендритной структуры слитка, повышения его качества, вскрытия пороков слитка перед его обработкой и для повышения степени уковки при последующей вытяжке.
Рис. 129. Схемы: а — осадки; б — вытяжки; в — вытяжки с оправкой; г — вытяжки на оправке.
Местная осадка, осуществляемая на части заготовки, называется высадкой. Примером высадки может служить операция получения головки болта из прутка диаметром, равным диаметру болта.
Вытяжкой (рис. 129, б) называют операцию, с помощью которой увеличивают длину заготовки за счет уменьшения поперечного сечения (валы прямые и с уступами, дышла и др.). Для вытяжки применяют бойки (плоские, вырезные и др.), обжимки. При вытяжке крупных поковок применяют патроны для удерживания и кантовки заготовки, а также и другой инструмент.
Вытяжку осуществляют последовательными ударами или нажатиями с подачей заготовки вдоль оси и поворотом ее вокруг этой оси. Два последовательных обжима с промежуточной кантовкой на 90° называют переходом, за которым следует подача. Отношение площади поперечного сечения заготовки к полученной площади сечения поковки называют степенью уковки.
Разновидностями вытяжки могут быть разгонка, вытяжка с оправкой, вытяжка на оправке. Разгонка применяется тогда, когда необходимо металл раздать в стороны. Вытяжка с оправкой (рис. 129, в) увеличивает длину пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины стенок. Внутренний диаметр определяется диаметром оправки. Вытяжка на оправке (раздача отверстия) увеличивает одновременно наружный и внутренний диаметры пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок (рис. 129, г). Позиции приведенного рисунка обозначают: 1 — верхний боек, 2 — цепь кантователя, 3 — оправку, 4 — подставку, 5 — полую поковку.
Прошивка (рис. 130, а) позволяет в заготовке получать отверстие (сквозная прошивка) или углубление (глухая прошивка). Прошивни применяются как цилиндрической формы, так и фасонные. До диаметра 400 мм они выполняются сплошными, а свыше 400мм — пустотелыми. Если высота прошивки недостаточна, пользуются надставками, которые для исключения трения делаются размером на 20 — 30 мм меньше наружного.
Рис. 130. Схемы: а — прошивки односторонней с подкладным кольцом; б — двухсторонней; в — прошивки слитка пустотелым прошивнем; г, д — гибки; 1 — прибыльная часть; 2 — прошивень; 3, 4 — надставки; 5 — боек.
При прошивке отверстий больших диаметров у заготовок в виде слитка прибыльную часть располагают внизу (рис. 130, в). Отход при прошивке называют выдрой.
Гибка позволяет менять направление оси заготовки с целью получения продукции заданной формы (рис. 130, г). Гибка сопровождается искажением поперечного сечения исходной заготовки и уменьшением ее площади. При гибке возможно образование складок по внутреннему контуру и трещин по наружному. Для получения в зоне изгиба сечения заданных размеров заготовке заранее придают на этом участке увеличенные поперечные размеры (рис. 130, д).
При закручивании одну часть заготовки поворачивают по отношению к другой вокруг общей оси. Закручивание применяется при изготовлении коленчатых валов с расположением колен в различных плоскостях (рис. 131), спиральных сверл и т. д. Инструментом для закручивания служат вилки, воротки и др.
Рис. 131. Схема закручивания с помощью вилки.
Рубка (рис. 132, а) дает возможность разделить на части или только частично подразделить (надрубка). Рубка осуществляется при подготовке мерных заготовок или при удалении донной и прибыльной частей слитка. К рубке прибегают при ковке поковок для удаления излишнего металла, а также при ковке фигурных поковок. Инструментами рубки являются топоры и надставки.
Рис. 132. Схемы: а — рубки; б — внахлестку сварки; в — сварки встык; г — сварки впаз.
Кузнечная сварка с помощью местного нагрева и механического воздействия позволяет соединить в одно целое отдельные части деталей или поковок. Кузнечную сварку применяют для сравнительно мелких поковок.
Кузнечной сваркой хорошо сваривается сталь, содержащая до 0,4% углерода. Примеси в стали снижают ее свариваемость. Способы сварки приведены на рис. 132, б — г. Сварка осуществляется в зоне высоких температур. Для получения качественного соединения при нагреве заготовок применяют флюсы в виде чистого мелкого речного песка, буры или их смеси.
Для ознакомления с технологическими процессами свободной ковки приводятся два примера ковки: цилиндра (рис. 133) под гидравлическим прессом и рычага с вилкой (рис. 134) под молотом. Ковка цилиндра производится из стального слитка (Ст. 40) весом 18 т. Она осуществляется в пять нагревов. После первого нагрева выполняют вытяжку прибыльной части слитка под патрон на диаметре 1000 мм, обрубку донной и прибыльной части слитка (рис. 133, а). После второго нагрева осуществляют осаживание, прошивку отверстия (двухсторонним методом) и вытяжку на оправке (рис. 133, б, в). После третьего нагрева выполняют посадку полуфабриката на оправку, вытяжку на длину 1075— 1100 мм (рис. 133, г) и снятие с оправки. После четвертого нагрева осуществляют посадку на оправку, вытяжку средней части на диаметр 900 мм и снятие с оправки (рис. 133, д). После пятого нагрева (при котором нагревается, только конец А) заковывают конец А с тем, чтобы получить окончательный вид.
Рис. 133. Последовательность переходов при ковке цилиндра.
На рис. 134 показан процесс ковки рычага с вилкой из стальной квадратной заготовки. Нагретую заготовку вытягивают на прямоугольник, затем делают в центре пережимы, после чего с помощью трехгранных призм надрубают заготовку (рис. 134, а). Оттянув концы до толщины головки, делают новые надрубки (рис. 134, б) и вытягивают каждый конец до требуемого размера (рис. 134, в). Головки рычага оформляют с помощью подкладных штампов, после чего полуфабрикат изгибают, а затем, заложив в в середину вилки вкладыш, выглаживают вилку, надрубают конец вилки (рис. 134, г) и вытягивают с помощью призм (рис. 134, д), после чего придают окончательный вид концу вилки, с тем чтобы получить заданную форму поковки.
Рис. 134. Последовательность переходов при ковке рычага с вилкой.
Технологический процесс свободной ковки разрабатывают по чертежу поковки, который составляют на основании чертежа детали. Размеры поковки увеличиваются на величину припусков в местах, подлежащих механической обработке, и устанавливаются допуски на ковку. Иногда конфигурацию поковки упрощают за счет напусков — металла, входящего в поковку сверх припуска (рис. 135, а).
Рис. 135. Поковка: а — с припуским и напуском; б— схема размеров с учетом припусков и допусков.
При ковка крупных поковок пользуются заготовками в виде слитков, вес которых определяется по формуле
Gзаг = Gпок + Gпр + Gдн + Gуг + Gоб,
И Gзаг — вес исходной заготовки, Gпок— вес поковки, Gпр —вес отхода прибыльной части слитка, Gдн — вес отхода с донной части слитка, Gуг — вес отхода на угар, Go6 — вес отхода на обсечки.
Вес отхода прибыльной части слитка принимают обычно не менее 20%, а от нижней донной части не менее 5% общего веса слитка. Вес отхода на угар назначают 2 — 3%от веса нагрева металла на каждый нагрев и 1,5 — 2% на каждый подогрев, производимые в обычных нагревательных печах. Вес отхода на обсечку зависит от сложности поковок и принятого технологического процесса.
При ковке из прокатной заготовки слагаемые Gпр и G дн из формулы исключаются.
При изготовлении поковок вытяжкой поперечное сечение заготовки берется больше максимального поперечного сечения поковки с тем, чтобы получить определенную степень уковки, обеспечивающую наилучшие для данной поковки механические качества.
Затраты труда и энергии на поковку будут тем меньше, чем технологичнее ее конструкция.
При конструировании деталей необходимо иметь в виду, что поковки, изготовляемые свободной ковкой, должны быть наиболее простыми, прямыми, симметричными, очерченными цилиндрическими поверхностями или плоскостями. В местах сложной конфигурации прибегают к напускам в целях упрощения поковки. Следует избегать в поковках конические и клиновые формы, ребристые сечения. Нельзя допускать бобышек, выступов и т. п. на основном теле поковки, в частности внутри развилин деталей.
На рис. 136 правильная и неправильная форма поковок. Кроме перечисленного, следует добиваться правильного расположения волокон в поковке, так как это повышает прочность поковок.
Рис. 136. Правильная и неправильная формы поковок.
Важнейшим направлением современного машиностроения является механизация и автоматизация трудоемких работ. В кузнечных цехах свободной ковки автоматизация применяется для измерения температуры при нагреве металла. Особенно точного измерения температуры требуется при нагреве и ковке легированной стали. Механизация в процессе ковки на прессах или молотах осуществляется при помощи кантователей и манипуляторов. Применение манипуляторов является наиболее, эффективным средством для повышения производительности и облегчения условий труда. Грузоподъемность манипуляторов достигает 100 т.
На рис. 137 показан манипулятор, предназначенный для подачи и кантоновки заготовок на паровоздушном молоте 1. Хоботом 2 он захватывает заготовку и подает на боек 3. Манипулятор обслуживается одним человеком. В целях предотвращения поломок при эксплуатации оборудование оснащается специальными предохранительными устройствами.
Рис. 137. Ковка под молотом с помощью рельсового кантователя.
Механизация и автоматизация технологических процессов ведет к повышению производительности труда.
