Ковка по металлу. Описание и виды (13 сентября 2015)
13 сентября 2015, 03:02
Ковка – это техника металлообработки, использующаяся человечеством с древнейших времён. Ещё задолго до начала эпохи великих королей и рыцарей в сверкающих доспехах, древние люди (а может даже предки людей) научились использовать огонь для изменения формы металлической руды и придания ей вида оружия (железная дубина) или орудий труда для сельского хозяйства
Однако, всё меняется. Технологии металлообработки не стоят на месте, и, если всего несколько сотен лет назад, металл можно было ковать только вручную (в кузнечных мастерских), то сейчас появилась возможность использовать современные технологии для облегчения труда, улучшения производительности и создания более тонких и изысканных кованых изделий.
Основной принцип ковки металла – это изменение формы металлических заготовок с целью придания им более интересного и необычного внешнего вида для дальнейшей продажи заинтересованным покупателям.
Для этого применяется обширное количество инструментов, специальных машин и механизмов.
По методу воздействия на металл, можно выделить два метода ковки металлических материалов: холодный и горячий.
При холодном методе ковки металл подвергается необходимым деформирующим воздействиям без его нагревания. В основном, холодную ковку используют в автоматизированном производстве кованых изделий, т.е., используя различные молоты и механические прессы. При использовании этого метода не представляется возможным создать какие-либо сложные рисунки и узоры в изделиях, так что, холодный способ ковки металла применяется на различных фабриках и заводах, изготавливая продукцию в больших количествах по не очень высоким (и низким) ценам.
Горячая ковка – процесс гораздо более сложный и затратный, но вместе с тем и куда более интересный. Суть этого метода в том, что при нагревании до достаточных температур, металл становится более пластичным, открывая возможность для придания ему любых возможных форм и создания любого вида узоров.
Также различают два вида воздействия на металл с помощью инструментов: свободная и штампованная ковка.
Ковка в штампах используется в автоматизированном производстве для создания большого количества одинаковых или похожих друг на друга металлических изделий.
Свободная ковка разделяется на машинную и ручную. В машинной применяется различное техническое оборудование в виде прессов, молотов и т.д. Ручная ковка считается самым сложным методом из-за использования в процессе обработки только инструментов (вроде кувалды) и обычной физической силы работника. Из-за особенностей ручной ковки, изделия созданные этим способом являются самыми дорогими и знаменитыми.
Реклама
Новости партнеров
Новости СМИ2
№14
Читать или подписаться Первый месяц бесплатно От 120 руб
Преимущества художественной ковки по металлу
Ковка является одним из основных видов обработки металла.
В кузнечном деле используют медь, алюминий, титан, магний. Высокой ковкостью обладают сплавы алюминия. Холодной, а затем горячей ковкой занимались еще 3-4 тыс. лет до н. э. Изготавливали предметы обихода, детали сельскохозяйственных орудий, инструменты. Затем кузнечное искусство все более усложнялось: на изделиях стали появляться насечки, узоры, добавлялись детали из других сплавов. Интересно, что древнерусские кузнецы знали много приемов свободной ковки и могли производить не только украшения, но и петли на сундуки, ключи, мечи, шлемы, кольчуги. Кузнецы принимали участие в строительстве соборов, изготовлении оград, решеток на окна, ворот, сводок арок, узорчатых крестов. Они владели холодной сваркой для изготовления оружия и других кованых изделий. Также русские кузнецы владели точными техническими методиками и обладали высоким художественным вкусом.
Позже в ХIХ веке ручная художественная ковка была вытеснена сваркой, штамповкой и литьем. Что в какой-то мере облегчало труд кузнеца, но не придавало эксклюзивности, уникальности металлическим изделиям.
В наши дни чаще используется свободная и штампованная ковка. Первая заключается в произвольных ударах молота, вторая — в ударах по штампу, вдавливание в заготовленную форму мягкого металла ударами кувалды. Поэтому ковщик должен обладать не только техникой и мастерством, но и достаточной физической подготовкой, выносливостью. Раньше кузнецы работали в паре – старший мастер и подручный. Теперь в индивидуальной кузнице все ковочные процессы приходится выполнять одному человеку.
Также ковка может быть холодной и горячей. Холодная ковка создается без нагрева металла. Металл сгибается на специальном станке или вручную. При создании узора используется болгарка (например, для обрезания концов квадратного или круглого прута) и сварочный аппарат, который собирает детали узора вместе.
Надо отметить, что этот вид ковки – дань современности. Конечно, создать таким образом уникальную вещь не получится, но для массового изготовления каких-либо вещей он подходит.
Горячая ковка представляет собой нагревание металла (800-900С). Затем выполняются следующие операции (протяжка, высадка, осадка, просечка, рубка и т.д.), в процессе которых придается задуманная форма. Именно горячая ковка – это настоящая ручная работа, которая требует большого терпения и мастерства. Но зато таким образом можно получить совершенно любые кованые изделия: ворота, заборы, решетки, любые детали интерьера. При этом каждое изделие будет отличаться своей индивидуальностью, именно здесь настоящие мастера могут показать своё искусство, свой художественный вкус.
Художественная ковка не терпит дилетантского подхода ни к ковочному инструменту, ни к материалу. Поэтому в Кузнечном Доме Персей работают профессионалы своего дела, которые сохраняют и приумножают кузнечное мастерство, создавая кованые изделия.
Художественная обработка металлов – это конечно же искусство. Только горячей ковкой можно придать изделиям выразительность, изысканность и настоящую художественную ценность. Нужно помнить, что окружая себя художественными изделиями, мы воспитываем художественный вкус и формируем культуру. Уникальной особенностью нашей кузницы является именно то, что у нас в работе не используется штамповка, все изделия создаются индивидуально, строго в соответствие с вашим заказом. Все наши клиенты отмечают особую атмосферу взаимопонимания, которая окружает их в процессе создания именно той кованой продукции, которую они пожелают. Здесь вы можете воплотить в жизнь любую Вашу фантазию, любой каприз! И та живая и уютная атмосфера, которая окружит Вас, заставит поверить, что обычный металл может превратиться в настоящее произведение искусства!
Отзывы наших клиентов
Процессы ковки металлов, их типы и их характеристики
Формование металлов
Ковка металлов — это процесс деформации, при котором металлическая заготовка сжимается между двумя штампами для формирования детали.
Содержание данной статьи
Что такое ковка металла?
Ковка металлов представляет собой группу процессов формообразования, при которых заготовка или заготовка пластически деформируются между двумя штампами или инструментами с применением силы сжатия. Хотя ковка может выполняться во всех диапазонах температур, таких как горячая, холодная, теплая и изотермическая, наиболее распространенный тип ковки выполняется с заготовкой при температуре выше ее температуры рекристаллизации. Ковка является одним из важнейших процессов обработки металлов давлением, особенно в производстве чугуна и стали.
Ковка в открытых штампах Ковка, один из старейших и наиболее важных металлургических процессов, впервые был использован около 4000 г. до н.э. для изготовления драгоценностей, монет и многочисленной утвари путем дробления металла каменными орудиями. Современная ковка по-прежнему следует той же концепции, что и местная кузница, но мощные молоты и механические прессы заменили сильную руку и молот, а штампы из инструментальной стали заменили наковальню.
Роторы турбин, зубчатые колеса, болты и заклепки, столовые приборы, ручные инструменты, различные конструктивные элементы для машин, авиации, железных дорог и ряд другого транспортного оборудования в настоящее время успешно куются.
В процессе ковки создаются изолированные компоненты. Поскольку поток металла и структуру зерна материала можно контролировать, кованые изделия обладают исключительной прочностью и ударной вязкостью. Они особенно надежны для высоконагруженных и критических приложений.
Характеристики металлической поковки
- Кованые детали обладают хорошей прочностью и ударной вязкостью и используются в ответственных деталях из-за их надежности для высоконагруженных и критических применений.
- Кузнечное производство обычно дает мало брака или вообще не дает его, поэтому оно сравнительно дешевле для средних и крупных производственных партий.
- В процессе ковки можно быстро создать окончательную геометрию детали, обычно за один или несколько ударов молотка.
Преимущества и недостатки ковки металла
Преимущества ковки металла
- По сравнению с литьем ковка дает более прочный продукт.
- Кузнечные изделия обладают повышенной усталостной прочностью и сопротивлением ползучести.
- Механические свойства кованых изделий выше.
- Операция недорогая.
- Эта процедура не требует участия квалифицированного оператора.
- Этот метод позволяет получить широкий спектр форм.
Недостатки ковки металлов
- Более высокие затраты на оборудование для больших ковочных прессов являются дорогостоящими по сравнению с другими производственными процессами.
- Может потребоваться дополнительная процедура финишной обработки.
- Не способен создавать сложные формы.
- Размер поковки ограничен размерами пресса.
- Хрупкий металл не поддается ковке.
Горячая и холодная ковка
Холодная ковка сжимает металл при температуре окружающей среды, тогда как горячая ковка требует высокого уровня нагрева.
Холодная и горячая ковка отличаются интенсивным нагревом горячей ковки, что позволяет металлу принимать более сложные и сложные формы, чем при холодной ковке.
Горячая ковка
Температура горячей ковки зависит от типа металла. Процесс горячей ковки начинается с нагрева штампов, чтобы избежать потери температуры на протяжении всей операции и гарантировать, что кристаллизация не произойдет до завершения формовки. Металл становится более пластичным при нагревании. Когда горячий металл сжимается штампами, структура меняется на более мелкозернистую, что увеличивает предел текучести и пластичность.
Холодная ковка
Материалу придается необходимая форма методом смещения при холодной ковке. Сжимающая сила сжимает металл между пуансоном и матрицей при нормальной температуре до тех пор, пока он не примет форму формы. Прокатка, прессование, волочение, вращение, выдавливание и выдавливание — все это примеры методов холодной ковки.
Типы поковок по металлу
Типы поковок по металлу (Источник: Kalpakjian & Schmid)- Ковка в открытых штампах
- Ковка в закрытых штампах или штамповка
- Беспламенная ковка
Ковка в открытых штампах
В самом простом кузнечном штампе два плоских штампа сжимают цилиндрическую заготовку поперечного сечения, аналогично испытанию на сжатие.
Ковка в открытых штампах, также известная как ковка с осадкой или осадка, позволяет металлу течь и увеличиваться в диаметре без ограничений, в то время как высота заготовки уменьшается.
Важным промышленным методом является горячая ковка в открытых штампах. Валы, диски и кольца являются примерами основных форм, производимых процессами с открытой матрицей. Матрицы со слегка изогнутыми поверхностями помогают формировать работу в различных приложениях. Кроме того, работу необходимо часто корректировать (например, поэтапно поворачивать), чтобы добиться соответствующего изменения формы. Навыки человека-оператора являются важным аспектом успеха этих процедур. Формование огромного квадратного литого слитка в круглое поперечное сечение является примером свободной штамповки в сталелитейной промышленности. Ковка в открытых штампах дает грубые формы, которые должны быть усовершенствованы с помощью последовательных процессов, чтобы получить окончательную геометрию и размеры. Способность свободной горячей штамповки создавать благоприятный поток зерен и металлургическую структуру в металле является значительным преимуществом.
Как показано на диаграмме выше, долбление, окантовка и зазубривание являются примерами свободной ковки или подобных операций. Долбление — это процедура ковки, которая уменьшает поперечное сечение заготовки и перераспределяет металл при подготовке к ковке. Для этого используются штампы с выпуклыми поверхностями. Многогнездные штампы для оттиска обычно имеют полости для долбления, поэтому начальный стержень может быть грубо сформирован до окончательной формы. Кромка идентична фуллеровке, за исключением того, что штампы вогнутые. Зубчатая обработка — это метод уменьшения поперечного сечения и удлинения заготовки путем применения последовательности ковочных сжатий по ее длине. Он используется для изготовления блюмов и плит из литых слитков в сталелитейной промышленности. Это делается с помощью открытых штампов с плоскими или слегка изогнутыми поверхностями. Эту процедуру часто называют инкрементной ковкой.
Преимущества свободной штамповки
- Затраты на оснастку минимальны или отсутствуют.
- Сокращение времени выхода на рынок
- Некоторые размеры варьируются от нескольких миллиметров до примерно 100 футов.
Недостатки свободной штамповки
- Не идеально подходит для изготовления сложных, точных деталей или других применений, требующих жестких допусков.
- Для чистовой обработки поковок часто требуется механическая обработка.
- Процесс не всегда дает стабильные результаты или желаемые характеристики.
Ковка тиснением
Ковка в закрытых штампах прижимает штампы друг к другу, полностью или частично охватывая заготовку. Нижняя матрица содержит нагретое сырье, близкое по форме и размеру к готовому кованому изделию.
В этой процедуре форма поковки включается в виде негатива в верхний или нижний штамп. Когда процесс начинается, верхний штамп ударяет по металлическому материалу, придавая ему желаемую кованую форму.
Этот метод позволяет изготавливать детали весом от нескольких унций до 60 000 фунтов.
Преимущества штамповки
- Превосходные механические качества и лучшее качество поверхности
- Механическая обработка сведена к минимуму или не выполняется вовсе.
- Для больших производственных циклов это рентабельно.
- Можно получить размеры с более жесткими допусками и различные формы.
- Более точные и постоянные оттиски
- Возможность воспроизведения практически любой формы и размера
Недостатки ковки оттисков
- Из-за высокой стоимости изготовления штампов оно обычно нерентабельно при коротких или малых производственных циклах.
- Из-за высокой стоимости оборудования и печей стоимость установки выше.
Ковка без оплавления
В некоторых случаях штамповка осуществляется в полностью закрытых оттисках. С помощью этого метода создается почти чистая или сетчатая поковка. Поскольку этот метод не основан на создании заусенца для достижения полного заполнения, штампы не предусматривают этого.
В зазоре между верхним пуансоном и матрицей может образоваться тонкое ребро или кольцо облоя, но это можно легко устранить с помощью дробеструйной обработки или галтовки, и для этого не требуется обрезка матрицы. В результате этот метод известен как «безпламенная ковка», а также как «ковка в закрытых штампах».
Преимущества ковки без оплавления
- Предотвращение отходов материала и экономия энергии.
- высокая скорость изготовления и высокая точность размеров
- Конечный продукт имеет четкую форму.
- Готовая часть имеет высокую прочность.
- Конечный продукт имеет более высокую пластичность.
Недостатки ковки без оплавления
- Из-за сложной формы штампа затраты на оснастку выше.
- Не допускает постепенного нарастания трудноковываемых элементов на нескольких стадиях течения металла.
- Для полного заполнения полости без создания избыточных давлений объем металла в заготовке должен регулироваться в очень узких пределах.
- Для достижения такого идеального контроля веса в конечной матрице требуются определенные хорошо контролируемые рабочие этапы.
Рекомендуемая литература
- Калпакджян С. и Шмид С. Р. (2009 г.)). Технологии производства и технологии (Шестое издание). Лондон: Пирсон.
Объяснение методов ковки металла | Trenton Forging
Назад к новостям/блогам
Содержание
Ковка — это производственный процесс, на который опираются многие отрасли промышленности. Фактически, сотни кованых компонентов можно найти в самолетах, транспортных средствах, сельскохозяйственном оборудовании, поездах, горнодобывающей технике и многом другом. По сравнению с другими процессами, такими как литье и сварка, поковки прочнее и надежнее. Кроме того, поскольку процесс ковки металла может эффективно производить сложные геометрические формы, он может быть более рентабельным производственным процессом.
Одно из распространенных заблуждений состоит в том, что ковка является универсальным методом; на самом деле существует несколько методов, которые может использовать производитель поковок. В целом поковку можно классифицировать двумя способами: по оснастке и по температуре.
В этой статье мы рассмотрим каждый метод ковки, а также выделим основные виды оборудования, используемого при ковке.
Начнем с первой классификации: ковка с помощью оснастки
Ковка с помощью оснастки
Слова «штамп» и «инструмент» часто используются как взаимозаменяемые в кузнечной промышленности. Они относятся к устройству, которое используется для формирования (обычно предварительно нагретой) заготовки, слитка, преформы или прутка. При сравнении ковки с помощью используемой оснастки существует три основных метода: тиснение штампом, открытый штамп и прокатное кольцо.
Ковка штампов
При штамповке штампов металл сжимается/сжимается между двумя специальными штампами, каждый из которых имеет предварительно вырезанные профили/полости (или оттиски) окончательной формы детали.
Затем с помощью различного оборудования, например, механического пресса или отбойного молотка, заготовку или заготовку прессуют, подвергая пластической деформации. При каждом оттиске заготовка вдавливается в полость по мере того, как заусенец (излишки металла) вытекает в матрицу. Когда заготовка остывает, давление в оттиске увеличивается, что помогает обеспечить более однородный компонент. Затем вспышка удаляется либо вручную, либо с помощью обрезных штампов.
Штамповка методом штамповки в основном используется для изготовления сложных симметричных и асимметричных кованых компонентов. Этот метод также может обеспечить более узкие допуски по сравнению с ковкой в открытых штампах.
Ковка в открытых штампах
При ковки в открытых штампах заготовка (слиток, пруток, заготовка или заготовка) деформируется между верхним и нижним штампом с плоской поверхностью, и движение самой заготовки в значительной степени помогает формировать конечную форму часть.
В дополнение к штампам с плоским торцом и молоткам (или прессам) существуют другие инструменты, которые можно использовать для ковки в открытых штампах, включая седла, блоки, кольца, оправки и пуансоны.
Детали, изготовленные методом свободной штамповки, обычно имеют простую форму (длинные и прямоугольные, плоские и круглые и т. д.) и могут подвергаться дальнейшей механической обработке после процесса ковки.
Ковка в открытых штампах используется для изготовления компонентов всех размеров, но, когда дело доходит до сложности, ковка в штампах обычно предпочтительнее, чем ковка в открытых штампах.
Ковка вальцевых колец
Последним методом обработки является ковка вальцевых колец. В отличие от тиснения и открытого штампа, в методе ковки не используются штампы, и он используется для изготовления очень специфических форм: колец.
Этот процесс ковки можно использовать для изготовления бесшовных колец всех типов и размеров. Прокатная ковка предпочтительнее механической обработки, резки и литья, поскольку она позволяет производить компоненты с жесткими допусками. Кроме того, ковка устраняет внутреннюю пористость, в отличие от литья, что снижает ползучесть, усталость и другие проблемы.
При вальцевании заготовка обычно подвергается предварительному формованию. Техника изготовления заготовок, используемая в валковой ковке, называется штамповкой. Как следует из названия, в ложе пробито отверстие, придающее ему форму пончика. Затем преформа проходит через прокатный стан до тех пор, пока не будет получен окончательный компонент.
Все типы компонентов могут быть созданы методом ковки, включая подшипники двигателя, колесные подшипники, фланцы и шестерни.
Процессы ковки по температуре
Процессы ковки металлов также можно классифицировать по фактической температуре заготовки. Различные температуры влияют на пластичность металла, конечное качество детали и могут определять многие конечные механические свойства компонента, включая прочность, пластичность и сопротивление удару или усталости.
При классификации ковки по температуре различают три основных метода: горячую, теплую и холодную.
Горячая ковка
При горячей ковке штампы/инструмент обычно предварительно нагревают до определенной температуры, а затем нагревают до заданной температуры саму заготовку.
Температура, используемая при горячей ковке, варьируется в зависимости от используемого сырья, производимого компонента и любых конкретных требований к применению.
При горячей ковке тепло делает металл более пластичным, а постоянное давление штампов, сжимающих горячий металл, приводит к более тонкой зернистой структуре и, следовательно, к более прочным и пластичным компонентам.
Горячая ковка
При теплой ковке заготовка нагревается в определенном диапазоне: выше температуры наклепа, но ниже температуры окалины.
Горячая ковка охватывает ряд кованых изделий, которые не требуют затрат и жестких допусков холодной ковки или более высокого предела прочности горячей ковки. Горячая ковка металла обычно используется для деталей, которые уже близки к своей окончательной форме, таких как валы и шестерни.
Холодная ковка
Как следует из названия, процесс холодной ковки выполняется при более низких температурах (от комнатной до нескольких сотен градусов).
Холодная ковка также использует другие процессы, включая гибку, чеканку, прокатку и выдавливание, в зависимости от типа производимого компонента. Металл, используемый в этом процессе, также обычно отжигается или размягчается в процессе ковки, и во время этого процесса требуется постоянная смазка для предотвращения нагрева от трения.
Несмотря на то, что холодная ковка является чрезвычайно точной и часто практически не требует отделочных работ, горячая ковка по-прежнему является предпочтительным методом для сложных поковок по индивидуальному заказу. Кроме того, компоненты холодной штамповки с большей вероятностью будут содержать остаточные напряжения, которые в конечном итоге могут привести к растрескиванию, деформации и другим проблемам.
Оборудование, используемое при ковке
Если вы когда-либо видели или слышали такие термины, как ковка на прессе или ковка на молоте , то это относится к типу оборудования, используемого во время определенного процесса ковки.
Прессы
При свободной ковке или штамповке производители могут использовать пресс, который позволяет контролировать деформацию заготовки под высоким давлением. Прессы бывают нескольких типов: винтовые, гидравлические и механические.
Винтовой пресс приводит в движение силовой цилиндр вверх или вниз по винтовому валу для штамповки металла. Гидравлический пресс использует цилиндр под давлением гидравлического масла, а механический пресс приводится в действие шестерней, рычагом или другим механическим оператором, соединенным с двигателем и коленчатым валом.
Отбойные молотки
Далее, отбойный молоток, как следует из названия, использует силу тяжелого металлического молота, который при падении с высоты (под действием силы тяжести) или при помощи привода ударяет по заготовке. Мощный удар высвобождает кинетическую энергию для деформации металла, и обычно около трех ударов на каждом этапе достаточно для придания формы расплавленному металлу, хотя это количество может варьироваться.
Молотки с встречным ударом
Для очень крупных металлических деталей молоток с встречным ударом передает на матрицу энергию удара большого веса. Молоток движется в противоположных направлениях с каждым ударом и обеспечивает более точное формование крупных поковок. Молоты с контрударом могут иметь гидравлический или пневматический привод.
Кольцевые ролики/прокатные станы
Кольцевой ролик, прокатный стан или редукционный стан в основном используются при ковке бесшовных прокатных колец, но также могут использоваться для предварительной формовки заготовки во время ковки в открытых штампах или штамповочных штампах. В прокатном стане преформа проходит через валки станка, который затем формирует конечный компонент (может потребоваться дополнительная обработка компонента после его прохождения через прокатный стан). Некоторые прокатные станы даже включают манипулятор, который используется для пробивки заготовки.
Один метод ковки лучше другого?
Не существует конкретного метода ковки, который по своей сути был бы «лучше», чем другой.
Каждый будет иметь уникальные преимущества в зависимости от размера, формы и количества компонентов, сложности кованых деталей или любых требований к прочности или механическим свойствам.
Некоторые геометрические формы деталей лучше подходят для определенных процессов и оборудования. В одной из наших предыдущих статей мы выделили некоторые из многих преимуществ каждого процесса ковки. Нажмите здесь, чтобы узнать больше о преимуществах каждого процесса.
Есть вопросы? Свяжитесь с Trenton Forging сегодня
Trenton Forging — американский производитель поковок, который специализируется как на горячей штамповке, так и на штамповке штампами. Мы можем производить как симметричные, так и асимметричные компоненты на заказ из стали, нержавеющей стали и стальных сплавов. Некоторые из наших других возможностей включают прототипирование и обратный инжиниринг, индивидуальную оснастку и механическую обработку.
Если у вас есть общие вопросы о нашем процессе ковки металла или вы хотите запросить расценки, заполните нашу онлайн-форму сегодня.