Основні операції технологічного процесу кування
Технологічний процес машинного вільного кування складається з ряду елементарних операцій, що виконуються у певній послідовності з метою отримання з вихідної заготівлі простої форми (зливка, блюму і т.п.) фасонної поковки необхідних розмірів та форми.
Крім чисто ковальських операцій повний технологічний процес виготовлення поковки, що фіксується у спеціальній технологічній карті, включає також заготівельні операції (різання або рубання заготовок та їх контроль), нагрівання металу під кування, охолодження поковок, контрольні операції з перевірки розмірів та механічних властивостей поковки (якщо це потрібно технічними умовами), а також операції первинної термічної обробки поковок (відпал, нормалізацію), які зазвичай виконуються в ковальському цеху.
Основними операціями процесу вільного кування є осад, витяжка, прошивка, гнучка, рубка. До менш поширених ковальських операцій належать передача металу, закручування та ковальське зварювання. Крім перерахованих операцій у процесі виготовлення поковок застосовуються і їх різновиди: висаджування в підкладних кільцях, що є частковим осадом заготовки по її висоті; обкатка по діаметру (після опади), витяжка та роздача кільцевих поковок на оправці. У ряді випадків технологічний процес кування включає операції гарячого штампування в підкладних штампах під молотом.
Наявність тих чи інших ковальських операцій, а також порядок їх чергування визначаються формою поковки, що виготовляється. Так, наприклад, при виготовленні поковок типу валів застосовуються головним чином витяжка та рубка, а у разі кування колінчастих валів витяжка та передача металу. При виготовленні кільцевих поковок застосовують осадку, прошивку, роздачу, інколи ж і витяжку на оправці. Для кування фланцевих поковок характерні висадка,прошивка, обкатка за діаметром.
При машинному кованні заготовка укладається на нижній нерухомий бойок молота або преса, а потім деформується або безпосередньо верхнім рухомим бойком або із застосуванням підкладного інструменту між верхнім бойком і заготовкою.
Таким чином, технологічні процеси кування завжди є поєднанням попередніх, основних, допоміжних та оздоблювальних операцій. Головним універсальним інструментом кування є бойки.
До попередніх операцій належать білетування та рубка, причому рубка застосовується і як основна операція.
Білетування- операція, призначена для перетворення злитка в болванку або заготівлю і що складається в збивці ребер (для злитків некруглого перерізу) та усунення конусності злитка. Білетування здійснюють шляхом кування з незначним обтисканням нагрітого зливка. Прийнято вважати, що білетування сприяє усуненню дефектів литої структури та покращенню пластичних властивостей поверхневого шару (сорочки) зливка. Однак висока температура і малі обтискання в процесі білетування сприяють отриманню крупнозернистої структури, що іноді змушує проводити термічну обробку після білетування. Якщо при цьому обтискаються тільки ребра зливка, то метал між ребрами зберігається лита структура. При високій якості злитків можна відмовитися від білетування, що дозволяє збільшити продуктивність технологічного процесу на 10 – 15% [1].
Схематично основні операції кування представлені на рис.1.
Осадка(рис. 1 а) - це операція, при якій за рахунок обтиснення по висоті збільшується площа поперечного перерізу заготовки, перпендикулярного до деформуючої силі. Якщо осідає по висоті лише частина заготівлі, то операціяназиваєтьсявисадкою(рис. 1 б). При куванні осаду є основною операцією для отримання форми поковки, але може застосовуватися як проміжна операція для усунення литої структури або анізотропії властивостей металу.
Протяжка(витяжка) – операція, в процесі якої довжина заготовки збільшується за рахунок зменшення її поперечних розмірів при послідовних натисканнях по довжині бойками (рис. 1 в). Застосовують плоскі, вирізані та закруглені бойки. Заготівля обжимається по ділянках і переміщається (подається) в осьовому напрямку з поворотами навколо осі. Два послідовні обтискання з поворотом (кантовкою) на 90° називають переходом. Раціонально вести процес протяжки з невеликою подачею, оскільки із зменшенням подачі відповідно до закону найменшого опору зменшується розширення. У цьому випадку збільшується кількість обтискань, необхідних для деформації заготівлі, отже, знижується продуктивність процесу. Фактично величину подачі приймають рівною 0,4...0,7 від ширини бойка залежно від розмірів заготівлі; однак для збільшення швидкості протяжки, особливо на початку процесу, можна величину подачі визначати як [1]:
b0 –вихідна ширина заготовки.
Застосовують кілька видів операції протяжки. Кування плоскої форми отримують розплющуванням. Розплющування (розширення, розгін) – це збільшення ширини заготовки за рахунок обтиснення по висоті.
При куванні котельних барабанів, турбінних роторів тощо. застосовують протяжку на оправці (рис. 1 г): довжина порожнистої заготовки збільшується за рахунок утончення її стінки. Оправлення має невелику конусність, верхній бойок плоский, а нижній вирізний бойок. Внутрішній діаметр заготовки змінюється незначно, а оправлення калібрує внутрішній отвір. Під час кування заготівляз оправкою періодично повертається та подається під бойки. На оправці роблять також розкочування (рис. 1 д) - операцію, при якій збільшується діаметр за рахунок зменшення товщини стінки вихідної порожнистої заготовки. Оправлення служить опорою заготівлі з її внутрішньої поверхні та встановлена на козлах. Застосовують циліндричну оправку і верхній вузький бойок, довга сторона якого паралельна осі поковки. Після кожного обтиснення оправка або заготівля повертаються навколо осі, подаючи під бойок нову ділянку заготівлі. Періодично поковку знімають з оправки і піддають виправленню. Розкочування на оправці використовується при куванні кілець, обічаків, барабанів і т.п. і часто поєднується з протяжкою.
Гнучка(рис. 1 е) – ковальська операція, за допомогою якої заготівлі надають вигнуту форму за заданим контуром. Гнучка використовується при виготовленні косинців, дужок, гаків, кронштейнів, лап, лаштунків тощо. В результаті згинання первісна форма поперечного перерізу заготовки спотворюється зі зменшенням площі в зоні згинання.
Закручування(рис. 1 ж) - ковальська операція, за допомогою якої одну частину заготовки повертають по відношенню до іншої під певним кутом навколо загальної поздовжньої осі. Закручування застосовується при виготовленні колінчастих валів з колінами, розташованих у різних площинах, стінних болтів, стояків для огорож, спіральних свердлів тощо.
Рубка(рис. 1 з) застосовується для поділу заготовки на частини, відділення частини металу по зовнішньому (обрубка) та внутрішньому (вирубування) контурів, часткового поділу заготовки (розрубування). Відхід металу при рубанні називають обсічкою.
Прошивка- ця операція пов'язана з утворенням порожнини в заготівлі за рахунок витіснення металу. Наскрізну прошивку (пробивку) щодо тонких поковокведуть на підкладному кільці (рис. 1 і). Високі масивні поковки прошивають у два переходи, утворивши спочатку глуху порожнину (рис. 1 к), і, перевернувши поковку, прошивають дно (рис. 1 л). Прошиваючим інструментом є суцільна або порожниста прошивка круглого або фасонного поперечного перерізу. В результаті прошивки форма заготівлі спотворюється та утворюється відхід – видра.
Ковальське зварюванняостаннім часом використовують в основному при куванні дрібних поковок з метою ремонту (для з'єднання деталей або їх частин). В даний час застосовують в основному автогенне зварювання та електрозварювання.
Поруч із вже розглянутими при вільної ковці використовують ще багато видів спеціалізованого інструменту. Іноді виробництва поковок складної форми великих партій: великих гайкових ключів, фланців, гайок, гаків тощо. доцільно оформлювати частину поковки або навіть все поковку в спеціальному інструменті – штампі, порожнина якого є об'ємним дзеркальним відображенням форми поковки. Як правило, ці штампи не закріплюють на устаткуванні та при виконанні відповідного переходу встановлюють безпосередньо на гладкий бойок. Їх називають підкладними штампами. Один із таких штампів для формоутворення головки гайкового ключа показаний на рис. 1 м. Штамп складається з двох половин – нижньої та верхньої (перевернута праворуч). Для збігу половин штампу в ньому передбачені кутові шпильки, що центрують. Використовується штамп наприкінці кування після попереднього «фасонування» заготівлі. Застосування найпростіших підкладних штампів як кілець дозволяє різко спростити технологію кування і підвищити точність поковок.
Вільне кування – трудомісткий та малопродуктивний процес, що вимагає складних та швидких маніпуляцій з гарячим металом та важким інструментом. Полегшенняручної праці, підвищення продуктивності праці та якості поковок досягається механізацією та автоматизацією. Основним засобом механізації в ковальських цехах є вантажопідйомні крани: мостові, поворотні, консольні і т.п.
Для завантаження та вивантаження печей застосовують механічні, пневматичні та гідравлічні штовхачі, спеціальні кліщі та інші механізми. Передача заготовок від обладнання до обладнання здійснюється за допомогою монорейкових візків і транспортерів, що гойдаються. Для складних маніпуляцій з поковкою в процесі кування в сучасних цехах встановлюють рейкові рейки і безрейкові маніпулятори, що представляють собою візок, забезпечений кліщами, які можуть підніматися і опускатися, повертатися і обертатися навколо поздовжньої осі.
Зміна бойків великих пресів – тривала та трудомістка операція. Тому преси обладнані рухомими столами, що викочують бойки з-під преса під бруківку кран. Застосовують автоматизацію роботи кувальних пресів. У ряді виробництв преси та молоти переводять на програмовану роботу за режимами ходів та обтискань.
Застосування радіоактивних ізотопів дозволяє довести точність розмірів великих поковок на пресах до ±1ммза висотою і тим самим підвищити в кілька разів.