Свободной ковкой называют пластическую деформацию при объемно-напряженном состоянии (при обработке металлов давлением имеет место объемно-напряженное состояние металла. Это значит, что все силы, действующие на деформируемую заготовку, могут быть спроектированы на три взаимно перпендикулярных направления. Для случая свободной ковки благоприятной деформации без разрушения является схема неравномерного всестороннего сжатия.) металла, сопровождающуюся сложным механизмом деформации. Механизм деформации складывается из одновременно протекающих процессов скольжения, возврата и рекристаллизации. Металл при деформировании течет в направлении наименьшего сопротивления.
Ковкой и штамповкой достигается не только требуемая форма поковок, но значительно улучшаются ее первоначальные свойства и структура. Наиболее тяжело нагруженные детали современных машин обычно изготовляются ковкой или штамповкой. Удельный вес кованых и штампованных деталей в современных конструкциях машин непрерывно возрастает, например, в автомобиле их количество достигает 80%.
В крупносерийном производстве, при ограниченном весе поковок, выгоднее штамповка. В штучном и мелкосерийном производстве выгоднее свободная ковка.
Исходной заготовкой при ковке крупных поковок, вес которых достигает 200 т и более (судовые прямые и коленчатые валы, роторы генераторов, цельнотянутые барабаны для сосудов и котлов бысокого давления), являются слитки (рис. 128). Для изготовления поковок весом до 1 т исходной заготовкой служит обычный сортовой прокат.
Рис. 128. Ковка под гидравлическим прессом.
Штамповка обеспечивает наименьший расход металла. Например, при изготовлении коленчатого вала весом 17 кг из проката на металлорежущих станках отход металла в стружку составляет 185% чистого веса вала, из кованой заготовки — 80%. Штамповка сокращает этот отход до 30% и уменьшает трудозатраты на обработку почти в 6 раз.
Свободная ковка делится на ручную и машинную. Ручная ковка применяется в ремонтных целях, ее производительность крайне низка. Машинная ковка, осуществляемая на кузнечно-прессовом оборудовании, является основным методом, применяемым в машиностроении, а при обработке тяжелых поковок (весом примерно от 2 до 200 т и выше) является пока единственно возможным способом их изготовления.
