Урок 3.1ДеформироватьГлава 3 · Объёмная штамповка

Ковка (в открытых и закрытых штампах)

Сжимает горячий металл между плоскими или фасонными штампами

Ковка формует сплошной кусок металла, сжимая или ударяя по нему, обычно пока он раскалён докрасна. Гаечные ключи, коленчатые валы автомобилей и детали шасси самолётов начинаются именно так. Металл никогда не плавится, поэтому его зерно (волокнистый рисунок его кристаллов) следует контуру детали, и поковки получаются очень прочными.

Фото: F. Broer, CC BY-SA 3.0, через Wikimedia Commons

Ковка: нагрев, затем формовка в открытых или закрытых штампахЦифры в кружках соответствуют шагам ниже: шаг 2 — путь открытой ковки, шаги 3–5 — путь ковки в закрытых штампах.

Ковка (в открытых и закрытых штампах) за минуту от MecMade

Как это работает

Нагреть заготовку. Заготовка (отрезок прутка) отправляется в печь. Сталь обычно нагревают до около 1 100–1 250 °C, пока она не засветится оранжево-жёлтым и не станет достаточно мягкой, чтобы течь.
Открытая ковка: сжать, повернуть, повторить. Плоские бойки (блоки закалённой стали) прижимают или ударяют по горячему прутку по одному участку. Манипулятор (большой механический захват) поворачивает и перемещает пруток между ударами. Понемногу пруток вытягивается, расплющивается или осаживается (сплющивается, становясь короче и толще).
Ковка в закрытых штампах: уложить заготовку. Для массового производства горячая заготовка лежит на нижнем штампе, несущем половину формы детали в виде полости. Верхний штамп несёт другую половину.
Закрыть штампы. Молот или пресс опускает верхний штамп за один-несколько ударов. Металл течёт в каждый угол полости. Излишек выдавливается между штампами в виде облоя (тонкого плавника лишнего металла).
Обрезать и доработать. Обрезной пресс срезает облой, который идёт на переработку. Затем деталь обычно очищают от окалины (тёмной оксидной корки), подвергают термообработке и обрабатывают резанием везде, где нужна точная посадка.

Ключевые факты

Материалы: Углеродистые и легированные стали, нержавеющая сталь, алюминий, титан, медные сплавы, никелевые суперсплавы
Типичные детали: Коленчатые валы, шатуны, шестерни, ручной инструмент, фланцы, диски турбин, судовые и генераторные валы
Размер детали: Закрытые штампы: от нескольких граммов до сотен килограммов. Открытая ковка: до валов и колец массой более 100 тонн
Точность: Закрытые штампы: около ±0,5 мм. Открытая ковка: несколько миллиметров, затем обработка резанием
Качество поверхности: Шероховатая окалистая корка; очищается дробеструйной обработкой, ответственные поверхности обрабатывают резанием
Подходящая партия: Открытая ковка: от единичных изделий до нескольких десятков. Закрытые штампы: от тысяч до миллионов
Стоимость оснастки и оборудования: Комплекты закрытых штампов: от тысяч до десятков тысяч долларов. Большие прессы и молоты: миллионы
Скорость: Закрытые штампы: от секунд до около минуты на деталь. Открытая ковка: от минут до часов на деталь, с повторным нагревом

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Очень прочно и вязко: волокно следует форме, а скрытых пустот нет
Работа в закрытых штампах быстрая и повторяемая для больших серий
Открытая ковка может делать огромные детали, которые мало какой другой процесс способен сделать
Экономия материала: облой и обрезки идут на переработку

Ограничения

Свободные допуски и шероховатая корка, поэтому большинству поковок нужна обработка резанием
Закрытые штампы дороги и делаются неделями, поэтому малые партии обходятся дорого
Нагрев расходует много энергии, а работа горячая, шумная и тяжёлая
Полые полости, поднутрения (нависающие формы) и очень тонкие стенки трудны или невозможны

Где применяется

АвтомобилестроениеКоленчатые валы, шатуны, шестерни, поворотные кулаки, ступицы колёс
АвиацияБалки шасси, диски турбин, опоры двигателей, фитинги крыла
ЭнергетикаВалы генераторов и турбин, кольца сосудов под давлением, корпуса клапанов, фланцы ветрогенераторов
Инструменты и фурнитураГаечные ключи, молотки, плоскогубцы, зубила
Нефть, газ и горная добычаКорпуса буровых долот, трубные фланцы, тяжёлые крюки, звенья цепей

Как узнать процесс

Тонкая полоса вокруг детали, где срезали облой, часто слегка шероховатая или зашлифованная (линия разъёма).
Скруглённые кромки и слегка наклонные бока (уклон — небольшая конусность, позволяющая детали выйти из штампа).
Тёмная или матовая, слегка рябая корка на необработанных участках, с блестящими обработанными поверхностями только там, где детали сопрягаются.
Выпуклые буквы или номера деталей, скопированные с надписей, вырезанных в штампе.

Сравните с

Литьё в песчаные формы1.1литьё заливает жидкий металл в форму; ковка сжимает твёрдый металл, поэтому она прочнее, но менее свободна в форме.Прокатка3.2прокатка непрерывно сжимает металл между вращающимися валками; ковка формует одну деталь за раз.Холодная высадка3.5быстрая холодная версия ковки в закрытых штампах для небольших деталей, таких как винты и болты.

Смотрите

Scot Forge Company · Как кузница нагревает, прессует и поворачивает металл в открытых штампах

Shubham Kola · Основные виды ковки, объяснённые рядом

CFS Forge · Коленчатый вал, откованный в закрытых штампах, затем обрезанный от облоя

HBEPRESS · Масштаб открытой ковки на раскалённом слитке

Смотреть реальные фото

Википедия: ковка — фотографии молотов, прессов и горячих поковок
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Ковка придаёт форму твёрдому, обычно раскалённому докрасна металлу; ничего не плавится и не срезается.
Открытые штампы формуют большие или единичные детали понемногу; закрытые штампы быстро копируют полость для массового производства.
Выбирайте ковку, когда деталь не должна ломаться: коленчатые валы, шасси самолётов, ручной инструмент.