Ковка - это производственный процесс, включающий формование металла с использованием локализованных сжимающих сил. Удары наносятся молотком (часто силовым молотком ) или плашкой . Ковку часто классифицируют в зависимости от температуры, при которой она выполняется: холодная ковка (вид холодной обработки ), теплая ковка или горячая ковка (вид горячей обработки ). Для двух последних металл нагревают , обычно в кузнице . Кованые детали могут иметь вес от менее килограмма до сотен метрических тонн. [1] [2] Ковка была сделанакузнецы на протяжении тысячелетий; Традиционными продуктами были кухонная утварь , скобяные изделия , ручные инструменты , холодное оружие , тарелки и украшения . Со времен промышленной революции кованые детали широко используются в механизмах и машинах везде, где требуется высокая прочность компонента ; такие поковки обычно требуют дальнейшей обработки (например, механической обработки ) для получения готовой детали. Сегодня ковка - одна из основных мировых отраслей. [3]
История [ править ]
Ковка - один из старейших известных процессов металлообработки . [1] Традиционно ковка выполнялась кузнецом с использованием молотка и наковальни , хотя введение гидроэнергии в производство и обработку железа в 12 веке позволило использовать большие молотковые или механические молоты, которые увеличивали количество и размер железа, которое могли быть произведены и выкованы. Кузница или кузница развивались на протяжении веков, чтобы стать объектом со спроектированными процессами, производственным оборудованием, инструментами, сырьем и продуктами, отвечающими требованиям современной промышленности.
В наше время промышленная ковка выполняется либо с помощью прессов, либо с помощью молотков, работающих от сжатого воздуха, электричества, гидравлики или пара. Эти молоты могут иметь возвратно-поступательный вес в тысячи фунтов. Меньшие силовые молотки , возвратно-поступательный вес 500 фунтов (230 кг) или меньше и гидравлические прессы также широко распространены в художественных кузнях. Некоторые паровые молоты еще используются, но они устарели с появлением других, более удобных источников энергии.
Преимущества и недостатки [ править ]
Ковка позволяет получить деталь, более прочную, чем эквивалентная литая или обработанная деталь. Поскольку металлу придают форму в процессе ковки, его внутренняя зернистая текстура деформируется, повторяя общую форму детали. В результате изменение текстуры является непрерывным по всей детали, что дает деталь с улучшенными прочностными характеристиками. [4]Кроме того, поковки могут иметь более низкую общую стоимость, чем литье или изготовление. Принимая во внимание все затраты, которые возникают в жизненном цикле продукта от закупки до времени выполнения заказа до переделки, а также с учетом затрат на лом, простоя и других соображений качества, долгосрочные преимущества поковок могут перевесить краткосрочную экономию затрат. что могут предложить отливки или конструкции. [5]
Некоторые металлы можно ковать в холодном состоянии, но железо и сталь почти всегда подвергаются горячей ковке . Горячая ковка предотвращает деформационное упрочнение, которое могло бы возникнуть в результате холодной штамповки , что повысило бы сложность выполнения вторичных операций механической обработки детали. Кроме того, хотя при некоторых обстоятельствах может быть желательно наклеп, другие методы упрочнения детали, такие как термообработка , обычно более экономичны и более контролируемы. Сплавы, которые поддаются дисперсионному упрочнению , такие как большинство алюминиевых сплавов и титан , можно подвергать горячей ковке с последующей закалкой. [цитата необходима ]
Производственная ковка требует значительных капитальных затрат на оборудование, инструменты, оборудование и персонал. В случае горячей ковки требуется высокотемпературная печь (иногда называемая кузницей) для нагрева слитков или заготовок . Из-за размеров массивных кузнечных молотков и прессов, а также деталей, которые они могут производить, а также опасностей, связанных с работой с горячим металлом, часто требуется специальное здание для размещения предприятия. В случае операций ковки с опусканием должны быть приняты меры для поглощения ударов и вибрации, создаваемых молотком. В большинстве операций по ковке используются штампы для формовки металла, которые необходимо точно обрабатывать и подвергать тщательной термообработке, чтобы заготовка правильно формировалась, а также выдерживала огромные силы.
Процессы [ править ]
Доступно множество различных способов ковки; однако их можно сгруппировать в три основных класса: [1]
- Вытянуты: длина увеличивается, сечение уменьшается
- Расстроен: длина уменьшается, сечение увеличивается
- Сжатие в закрытых пресс-формах: обеспечивает разнонаправленный поток
Общие процессы ковки включают в себя: ковку валков, обжимку , зубчатую обработку , ковку в открытых штампах, штамповку (штамповку в закрытых штампах), штамповку, холодную штамповку, автоматическую горячую штамповку и высадку. [1] [6]
Температура [ править ]
Все следующие процессы ковки могут выполняться при различных температурах; однако их обычно классифицируют по тому, находится ли температура металла выше или ниже температуры рекристаллизации. Если температура выше температуры рекристаллизации материала, это считается горячей штамповкой ; если температура ниже температуры рекристаллизации материала, но выше 30% от температуры рекристаллизации (по абсолютной шкале), это считается теплой ковкой ; если температура рекристаллизации ниже 30% (обычно комнатная температура), то это считается холодной штамповкой . Основным преимуществом горячей ковки является то, что ее можно выполнять быстрее и точнее, а по мере деформации металла деформационное упрочнениеэффекты нивелируются процессом рекристаллизации. Холодная штамповка обычно приводит к деформационному упрочнению детали. [7] [8]
Падение ковки [ править ]
Капельная ковка - это процесс ковки, при котором молоток поднимается, а затем «опускается» на заготовку, чтобы деформировать ее в соответствии с формой штампа. Существует два типа штамповки в форме капли: штамповка в открытых штампах и штамповка в штампе (или закрытая штамповка). Как следует из названий, разница заключается в форме матрицы: первая не полностью закрывает заготовку, а вторая - нет.
Ковка с открытыми штампами [ править ]
Ковка в открытых штампах также известна как кузнечная ковка . [9] При открытой штамповке молоток ударяет и деформирует заготовку, которая помещается на неподвижную опору . Ковка в открытых штампах получила свое название от того факта, что штампы (поверхности, которые контактируют с заготовкой) не закрывают заготовку, позволяя ей течь, за исключением тех случаев, когда они контактируют с штампами. Поэтому оператору необходимо сориентировать и расположить заготовку, чтобы получить желаемую форму. Формы обычно имеют плоскую форму, но некоторые имеют поверхность особой формы для специальных операций. Например, матрица может иметь круглую, вогнутую или выпуклую поверхность или быть инструментом для формирования отверстий или отрезным инструментом. [10]Поковки без штамповки могут быть обработаны в формы, которые включают диски, ступицы, блоки, валы (включая ступенчатые валы или с фланцами), втулки, цилиндры, плоские поверхности, шестигранники, круглые, пластины и некоторые нестандартные формы. [11] Открытая ковка подходит для небольших тиражей и подходит для художественной кузнечной работы и изготовления нестандартных изделий. В некоторых случаях для придания грубой формы слиткам с целью подготовки их к последующим операциям может применяться ковка в открытой штампе . Поковка в открытой штампе также может ориентировать зерно для увеличения прочности в требуемом направлении. [10]
Преимущества открытой штамповки
- Снижена вероятность пустот
- Лучшее сопротивление усталости
- Улучшенная микроструктура
- Непрерывный поток зерна
- Более мелкий размер зерна
- Большая сила [12]
- Лучшая реакция на термическую обработку [13]
- Улучшение внутреннего качества
- Повышенная надежность механических свойств, пластичность и ударопрочность
« Зубчатость » - это последовательная деформация прутка по его длине с использованием штамповочного штампа. Обычно он используется для обработки куска сырья до нужной толщины. После достижения нужной толщины нужная ширина достигается за счет «обрезки». [14] « Кромка » - это процесс концентрирования материала с использованием вогнутой формы. Процесс называется «окантовка», потому что обычно он проводится на концах заготовки. « Фуллеринг » - это аналогичный процесс, при котором части поковки утончаются с помощью штампа выпуклой формы. Эти процессы подготавливают детали к дальнейшим процессам ковки. [15]
Окантовка
Фуллеринг
Штамповка штампа [ править ]
Поковку в штампе также называют "штамповкой в закрытом штампе". При штамповке металл помещается в штамп, похожий на пресс-форму, который прикрепляется к наковальне. Обычно штамп молотка тоже имеет форму. Затем молоток падает на заготовку, заставляя металл течь и заполнять полости матрицы. Молоток обычно находится в контакте с заготовкой в миллисекундах. В зависимости от размера и сложности детали молоток можно быстро уронить несколько раз. Излишки металла выдавливаются из полостей матрицы, образуя то, что называется « вспышкой».". Вспышка охлаждается быстрее, чем остальной материал; этот холодный металл прочнее, чем металл в штампе, поэтому он помогает предотвратить образование заусенцев. Это также заставляет металл полностью заполнять полость штампа. После ковки вспышка удалена. [9] [16]
При промышленной штамповке с штамповкой заготовка обычно перемещается через ряд полостей в штампе для перехода от слитка к окончательной форме. Первый оттиск используется для придания металлу грубой формы в соответствии с потребностями последующих полостей; этот оттиск называется оттиском «кромка», «выпуклость» или «изгиб». Следующие ниже полости называются «блокирующими» полостями, в которых деталь принимает форму, которая больше напоминает конечный продукт. Эти этапы обычно придают заготовке большие изгибы и большие скругления . Окончательная форма выковывается в «окончательной» или «чистовой» полости для слепка. Если нужно сделать лишь небольшой тираж деталей,тогда для штампа может быть более экономичным не иметь полости для окончательного слепка и вместо этого обработать окончательные элементы.[4]
В последние годы ковка с штамповкой была усовершенствована за счет увеличения автоматизации, которая включает индукционный нагрев, механическую подачу, позиционирование и манипулирование, а также прямую термообработку деталей после ковки. [17] Один из вариантов штамповки в штампах называется "ковка без заусенцев" или "настоящая ковка в закрытых штампах". В этом типе ковки полости штампа полностью закрыты, что предотвращает образование заусенцев на заготовке. Основное преимущество этого процесса состоит в том, что меньше металла теряется на вспышку. Вспышка может составлять от 20 до 45% исходного материала. К недостаткам этого процесса относятся дополнительные затраты из-за более сложной конструкции штампа и необходимости лучшей смазки и размещения заготовки. [4]
Существуют и другие варианты формирования деталей, которые включают штамповку на штампе. Один метод включает отливку преформы из жидкого металла. Отливку удаляют после того, как она затвердеет, но еще горячая. Затем он обрабатывается в штампе с одной полостью. Обрезается вспышка, затем деталь закаливается. Другой вариант основан на том же процессе, что описан выше, за исключением того, что преформа изготавливается путем напыления металлических капель в профилированные коллекторы (аналогично процессу Osprey ). [17]
Поковка в закрытых штампах имеет высокую начальную стоимость из-за создания штампов и необходимых проектных работ для изготовления рабочих полостей штампов. Однако у него низкие текущие затраты на каждую деталь, поэтому поковки становятся более экономичными с большим объемом производства. Это одна из основных причин, по которой поковки с закрытой штамповкой часто используются в автомобильной и инструментальной промышленности. Другая причина, по которой поковки распространены в этих отраслях промышленности, заключается в том, что поковки обычно имеют примерно на 20 процентов более высокое отношение прочности к массе по сравнению с литыми или обработанными деталями из того же материала. [4]
Проектирование штамповок и оснастки [ править ]
Поковки обычно изготавливают из высоколегированной или инструментальной стали . Плашки должны быть ударопрочными и износостойкими, сохранять прочность при высоких температурах, выдерживать циклы быстрого нагрева и охлаждения. Для производства более качественных и экономичных штампов соблюдаются следующие стандарты: [17]
- По возможности штампы разделяются по единой плоской плоскости. В противном случае плоскость разъема повторяет контур детали.
- Поверхность разъема представляет собой плоскость, проходящую через центр поковки, а не около верхнего или нижнего края.
- Предусмотрена соответствующая осадка ; обычно не менее 3 ° для алюминия и от 5 ° до 7 ° для стали.
- Используются большие скругления и радиусы.
- Ребра низкие и широкие.
- Различные секции сбалансированы, чтобы избежать резкой разницы в потоке металла.
- Использование волоконных поточных линий в полной мере.
- Допуски размеров не ближе, чем необходимо.
Зачистка возникает, когда из-за трения между заготовкой и штампом или пуансоном заготовка выпирает в центре таким образом, чтобы напоминать ствол . Это приводит к тому, что центральная часть заготовки вступает в контакт со сторонами штампа раньше, чем если бы не было трения, создавая гораздо большее увеличение давления, требуемого пуансоном для завершения ковки .
Допуски на размеры стальной детали, изготовленной методом штамповки в штампе, приведены в таблице ниже. Размеры в плоскости разъема зависят от закрытия штампов и, следовательно, зависят от износа штампа и толщины окончательного заусенца. Размеры, которые полностью содержатся в одном или половинном сегменте штампа, могут поддерживаться на значительно более высоком уровне точности. [16]
| Масса [кг (фунт)] | Минус допуск [мм (дюйм)] | Плюс допуск [мм (дюйм)] |
|---|---|---|
| 0,45 (1) | 0,15 (0,006) | 0,46 (0,018) |
| 0,91 (2) | 0,20 (0,008) | 0,61 (0,024) |
| 2,27 (5) | 0,25 (0,010) | 0,76 (0,030) |
| 4,54 (10) | 0,28 (0,011) | 0,84 (0,033) |
| 9,07 (20) | 0,33 (0,013) | 0,99 (0,039) |
| 22,68 (50) | 0,48 (0,019) | 1,45 (0,057) |
| 45,36 (100) | 0,74 (0,029) | 2,21 (0,087) |
Смазка используется при ковке для уменьшения трения и износа. Он также используется в качестве теплового барьера для ограничения передачи тепла от заготовки к матрице. Наконец, смазка действует как разделительный состав, предотвращая прилипание детали к штампам. [16]
Пресс-ковка [ править ]
Ковочный пресс работает путем медленного приложения постоянного давления или силы, что отличается от почти мгновенного удара ковки с ударным молотком. Время, в течение которого штампы контактируют с заготовкой, измеряется в секундах (по сравнению с миллисекундами в кузнечных машинах с ударным молотком). Ковка на прессе может быть холодной или горячей. [16]
Основным преимуществом ковки на прессе по сравнению с ковкой с ударным молотком является ее способность деформировать всю заготовку. Ковка с ударным молотком обычно только деформирует поверхности детали, контактирующей с молотком и опорой; внутренняя часть заготовки останется относительно недеформированной. Еще одно преимущество этого процесса - знание скорости деформации новой детали. Контролируя степень сжатия при ковке на прессе, можно контролировать внутреннюю деформацию.
У этого процесса есть несколько недостатков, большинство из которых связано с тем, что заготовка находится в контакте с матрицами в течение такого длительного периода времени. Операция - трудоемкий процесс из-за количества и длины шагов. Заготовка остынет быстрее, потому что матрицы соприкасаются с заготовкой; фильеры способствуют значительно большей теплопередаче, чем окружающая атмосфера. По мере охлаждения заготовка становится прочнее и менее пластичной, что может вызвать растрескивание, если деформация продолжится. Поэтому нагретые штампы обычно используются для уменьшения теплопотерь, улучшения поверхностного потока и обеспечения возможности изготовления более мелких деталей и более точных допусков. Также может потребоваться повторный нагрев заготовки.
При высокой производительности ковка на прессе более экономична, чем ковка с молотком. Операция также создает более точные допуски. При молотковой ковке большая часть работы поглощается оборудованием; при ковке на прессе больший процент работы используется в заготовке. Еще одно преимущество состоит в том, что эту операцию можно использовать для создания детали любого размера, поскольку нет ограничений на размер кузнечно-прессовой машины. Новые методы ковки на прессе позволили добиться более высокой степени механической целостности и ориентации. Из-за ограничения окисления внешних слоев детали в готовой детали возникают пониженные уровни микротрещин. [16]
Ковочный пресс может использоваться для выполнения всех видов ковки, включая ковку в открытых штампах и штамповочных штампах. Поковка на штамповочном прессе обычно требует меньшей тяги, чем прямая штамповка, и имеет лучшую точность размеров. Кроме того, поковки пресса часто можно выполнять за одно закрытие штампов, что упрощает автоматизацию. [18]
Расстроенная ковка [ править ]
Высаженная поковка увеличивает диаметр заготовки за счет сжатия ее длины. [18] Судя по количеству произведенных деталей, это наиболее широко используемый процесс ковки. [18] Несколько примеров распространенных деталей, производимых с использованием процесса ковки с высаженной посадкой, - это клапаны двигателя, муфты, болты, винты и другие крепежные детали.
Высаженная штамповка обычно выполняется на специальных высокоскоростных станках, называемых кривошипными прессами.. Машины обычно настраиваются для работы в горизонтальной плоскости, чтобы облегчить быструю замену заготовок с одной станции на другую, но осадка также может производиться на вертикальном кривошипно-кривошипном прессе или гидравлическом прессе. Первоначальной заготовкой обычно является проволока или пруток, но некоторые машины могут принимать прутки диаметром до 25 см (9,8 дюйма) и грузоподъемностью более 1000 тонн. Стандартная высадочная машина использует разъемные матрицы с множеством полостей. Плашки открываются достаточно, чтобы позволить заготовке перемещаться из одной полости в другую; затем штампы закрываются, и заградительный инструмент, или плунжер, затем перемещается в продольном направлении против стержня, опрокидывая его в полость. Если все полости используются в каждом цикле, то готовая деталь будет производиться в каждом цикле, что делает этот процесс выгодным для массового производства. [18]
Следующие правила должны соблюдаться при проектировании деталей для ковки с вылетом: [19]
- Длина металла без опоры, который можно опрокинуть одним ударом без опасного коробления, должна быть ограничена трехкратным диаметром стержня.
- Длина заготовки более чем в три раза больше диаметра может быть успешно высажена при условии, что диаметр высадки не более чем в 1,5 раза превышает диаметр заготовки.
- При высадке, требующей, чтобы длина заготовки более чем в три раза превышала диаметр заготовки, и если диаметр полости не более чем в 1,5 раза превышал диаметр заготовки, длина металла без опоры за лицевой стороной матрицы не должна превышать диаметр стержня.
Автоматическая горячая штамповка [ править ]
Автоматический процесс горячей штамповки включает подачу стальных прутков мельничной длины (обычно длиной 7 м (23 фута)) в один конец машины при комнатной температуре, а горячие кованые изделия выходят из другого конца. Все это происходит быстро; мелкие детали можно изготавливать со скоростью 180 частей в минуту (ppm), а более крупные - со скоростью 90 ppm. Детали могут быть сплошными или полыми, круглыми или симметричными, весом до 6 кг (13 фунтов) и до 18 см (7,1 дюйма) в диаметре. Основными преимуществами этого процесса являются его высокая производительность и способность принимать недорогие материалы. Для работы с оборудованием требуется немного труда.
При этом не производится заусенцев, поэтому экономия материала составляет от 20 до 30% по сравнению с традиционной ковкой. Конечный продукт имеет постоянную температуру 1050 ° C (1920 ° F), поэтому воздушное охлаждение приведет к тому, что деталь будет легко обрабатывать (преимуществом является отсутствие отжига, необходимого после ковки). Допуски обычно составляют ± 0,3 мм (0,012 дюйма), поверхности чистые, а углы уклона от 0,5 до 1 °. Стойкость инструмента почти вдвое выше, чем у обычной ковки, поскольку время контакта составляет порядка 0,06 секунды. Обратной стороной является то, что этот процесс возможен только для меньших симметричных деталей и стоимости; начальные инвестиции могут составить более 10 миллионов долларов, поэтому для обоснования этого процесса требуются большие объемы. [20]
Процесс начинается с нагрева стержня до 1200–1300 ° C (от 2190 до 2370 ° F) менее чем за 60 секунд с использованием мощных индукционных катушек. Затем он очищается от окалины с помощью валков, разрезается на заготовки и проходит через несколько последовательных этапов формования, во время которых он подвергается осадке, предварительному формованию, окончательной штамповке и прошивке (при необходимости). Этот процесс также можно сочетать с высокоскоростными операциями холодной штамповки. Обычно операция холодной штамповки выполняет завершающую стадию, чтобы можно было получить преимущества холодной обработки при сохранении высокой скорости автоматической горячей штамповки. [21]
Примерами деталей, изготовленных с помощью этого процесса, являются: подшипники ступицы колеса, шестерни трансмиссии, дорожки конических роликовых подшипников, фланцы муфт из нержавеющей стали и шейные кольца для баллонов сжиженного газа. [22] Шестерни механической трансмиссии являются примером автоматической горячей штамповки, используемой в сочетании с холодной обработкой. [23]
Валковая ковка [ править ]
Ковка валков - это процесс, при котором толщина круглого или плоского прутка уменьшается, а длина увеличивается. Ковка валков выполняется с использованием двух цилиндрических или полуцилиндрических валков, каждый из которых содержит одну или несколько профильных канавок. Нагретый стержень вставляется в валки, и когда он попадает в точку, валки вращаются, и стержень постепенно приобретает форму по мере того, как он прокатывается через машину. Затем деталь переносится в следующий набор канавок или поворачивается и снова вставляется в те же канавки. Это продолжается до тех пор, пока не будет достигнута желаемая форма и размер. Преимущество этого процесса в том, что он не дает заусенцев и придает заготовке благоприятную зернистую структуру. [24]
Примеры продуктов, произведенных с использованием этого метода, включают оси , конические рычаги и листовые рессоры .
Ковка в форме сетки и почти чистой формы [ править ]
Этот процесс также известен как прецизионная ковка . Он был разработан для минимизации затрат и отходов, связанных с операциями после штамповки. Таким образом, конечный продукт после точной ковки практически не требует окончательной обработки. Снижение затрат достигается за счет использования меньшего количества материала и, следовательно, меньшего количества брака, общего снижения потребляемой энергии и сокращения или исключения механической обработки. Для точной ковки также требуется меньшая тяга, от 1 ° до 0 °. Обратной стороной этого процесса является его стоимость, поэтому он реализуется только в том случае, если может быть достигнуто значительное снижение затрат. [25]
Холодная ковка [ править ]
Ковка, близкая к чистой, наиболее распространена, когда детали кованы без нагрева заготовки, стержня или заготовки. Алюминий - это распространенный материал, который может подвергаться холодной ковке в зависимости от окончательной формы. Смазка формируемых деталей имеет решающее значение для увеличения срока службы сопряженных штампов.
Индукционная ковка [ править ]
В отличие от вышеупомянутых процессов, индукционная ковка основана на используемом типе нагрева. Многие из вышеперечисленных процессов можно использовать вместе с этим методом нагрева.
Многонаправленная ковка [ править ]
Многонаправленная ковка - это формовка детали за один шаг в нескольких направлениях. Разнонаправленное формование происходит за счет конструктивных мер инструмента. Вертикальное движение ползуна пресса перенаправляется с помощью клиньев, которые распределяют и перенаправляют силу ковочного пресса в горизонтальном направлении. [26]
Изотермическая ковка [ править ]
Изотермическая ковка - это процесс, при котором материалы и матрица нагреваются до одинаковой температуры ( изо- означает «равная»). Адиабатический нагрев используется для содействия деформации материала, что означает, что скорость деформации строго контролируется. Обычно используется для ковки алюминия, температура ковки которого ниже, чем у стали. Температура ковки алюминия составляет около 430 ° C (806 ° F), а для сталей и суперсплавов - от 930 до 1260 ° C (от 1710 до 2300 ° F). [1]
Преимущества:
- Форма, близкая к чистой, снижает требования к обработке и, как следствие, снижает процент брака
- Воспроизводимость детали
- Из-за меньших тепловых потерь для ковки можно использовать меньшие машины.
Недостатки:
- Более высокая стоимость материала штампа для выдерживания температуры и давления
- Требуются единые системы отопления
- Защитная атмосфера или вакуум для уменьшения окисления штампов и материала
- Низкая производительность
Материалы и приложения [ править ]
Ковка стали [ править ]
В зависимости от температуры формования стальные поковки можно разделить на: [27]
- Горячая ковка стали
- Температура ковки выше температуры рекристаллизации от 950 до 1250 ° C.
- Хорошая формуемость
- Низкие формовочные силы
- Постоянная прочность на разрыв заготовок
- Теплая ковка стали
- Температура ковки от 750 до 950 ° C
- Меньше или совсем нет накипи на поверхности заготовки
- Более узкие допуски, чем при горячей штамповке
- Ограниченная формуемость и более высокие усилия формования, чем при горячей штамповке
- Более низкие усилия формования, чем при холодной штамповке
- Холодная штамповка стали
- Температура ковки при комнатных условиях, самонагрев до 150 ° C за счет энергии формования
- Самые узкие достижимые допуски
- Отсутствие окалины на поверхности заготовки
- Повышение прочности и снижение пластичности за счет деформационного упрочнения
- Необходимы низкая формуемость и высокие усилия формования
Для промышленных процессов стальные сплавы в основном выковываются в горячем состоянии. Латунь, бронза, медь, драгоценные металлы и их сплавы производятся методом холодной ковки, при этом для каждого металла требуется разная температура ковки.
Ковка алюминия [ править ]
- Ковка алюминия выполняется в диапазоне температур 350–550 ° C.
- Температуры ковки выше 550 ° C слишком близки к температуре солидуса сплавов и в сочетании с различными эффективными деформациями приводят к неблагоприятным поверхностям заготовок и потенциально к частичному плавлению, а также к образованию складок. [28]
- Температура ковки ниже 350 ° C снижает формуемость из-за увеличения предела текучести, что может привести к незаполненным штампам, растрескиванию на поверхности заготовки и увеличению усилий штампа.
Из-за узкого температурного диапазона и высокой теплопроводности ковку алюминия можно реализовать только в определенном технологическом окне. Для обеспечения хороших условий формования необходимо равномерное распределение температуры по всей заготовке. Таким образом, контроль температуры инструмента имеет большое влияние на процесс. Например, оптимизируя геометрию преформы, можно повлиять на локальные эффективные деформации, чтобы уменьшить локальный перегрев для более однородного распределения температуры. [29]
Применение алюминиевых кованых деталей [ править ]
Высокопрочные алюминиевые сплавы обладают пределом прочности на разрыв по сравнению со стальными сплавами средней прочности, обеспечивая при этом значительные преимущества в весе. Поэтому кованые алюминиевые детали в основном используются в аэрокосмической, автомобильной и многих других областях машиностроения, особенно в тех областях, где необходимы высочайшие стандарты безопасности в отношении выхода из строя в результате неправильного обращения, ударов или вибрационных нагрузок. Такие части представляют собой, например, поршни [ править ] деталь шасси, рулевое управление и тормозные детали. Обычно используемые сплавы - это AlSi1MgMn ( EN AW-6082 ) и AlZnMgCu1,5 ( EN AW-7075 ). Около 80% всех алюминиевых кованых деталей изготавливается из AlSi1MgMn. Высокопрочный сплав AlZnMgCu1,5 в основном используется в аэрокосмической отрасли. [30]
Ковка магния [ править ]
- Ковка из магния происходит при температуре 290–450 ° C [31]
Ковать магниевые сплавы труднее из-за их низкой пластичности, низкой чувствительности к скоростям деформации и узкой температуры формования. [32] Использование горячей штамповки в полуоткрытых штампах на ковочном прессе с тремя салазками (TSFP) стало недавно разработанным методом ковки для сплава Mg-Al AZ31, обычно используемого при формировании кронштейнов самолетов. [33] [34] Этот метод ковки показал улучшение свойств при растяжении, но не имеет однородного размера зерна. [35] [36]Несмотря на то, что применение магниевых сплавов увеличивается на 15-20% каждый год в аэрокосмической и автомобильной промышленности, ковка магниевых сплавов с использованием специализированных штампов является дорогостоящим и неприемлемым методом производства деталей для массового рынка. Вместо этого большинство деталей из магниевого сплава для промышленности производятся методами литья.
Оборудование [ править ]
Самый распространенный вид кузнечного оборудования - это молоток и наковальня. Принципы, лежащие в основе молотка и наковальни, до сих пор используются в ударном оборудовании. Принцип работы станка прост: поднимите молот и бросьте его или протолкните его в заготовку, которая лежит на опоре. Основные различия между перфораторами заключаются в способе питания молота; наиболее распространены воздушные и паровые молоты. Отбойные молотки обычно работают в вертикальном положении. Основная причина этого - избыточная энергия (энергия, которая не используется для деформации заготовки), которая не выделяется, поскольку тепло или звук должны передаваться на фундамент. Кроме того, для поглощения ударов требуется большая основа машины. [10]
Для преодоления некоторых недостатков отбойного молотка применяют встречный ударный механизм или ударный механизм . В противоударном станке и молот, и наковальня движутся, и заготовка удерживается между ними. Здесь избыточная энергия становится отдачей. Это позволяет машине работать горизонтально и иметь меньшую базу. К другим преимуществам можно отнести меньший уровень шума, тепла и вибрации. Это также дает совершенно иную картину потока. Обе эти машины могут использоваться для ковки в открытых или закрытых штампах. [37]
Ковочные прессы [ править ]
Ковочный пресс , часто просто называют прессу, используется для печати ковки. Есть два основных типа прессов: механические и гидравлические. Механические прессы работают с использованием кулачков, кривошипов и / или переключателей для создания заданного (заранее определенного усилия в определенном месте хода) и воспроизводимого хода. Из-за характера системы этого типа в разных положениях хода действуют разные силы. Механические прессы быстрее своих гидравлических аналогов (до 50 ходов в минуту). Их мощность колеблется от 3 до 160 МН (от 300 до 18 000 коротких тс). Гидравлические прессы используют давление жидкости и поршень для создания силы. Преимуществами гидравлического пресса перед механическим прессом являются его гибкость и большая производительность. К недостаткам можно отнести более медленную, большую и более дорогую машину в эксплуатации.[16]
В процессах ковки валков, осадки и автоматической горячей штамповки используется специализированное оборудование.
| Сила ( тонны ) | Размер слитка ( тонны ) | Компания | Место расположения |
|---|---|---|---|
| 16 500 | 600 | Шанхайская Электрик Груп [39] | Шанхай , Китай |
| 16 000 | 600 | Китайская национальная группа Erzhong [39] | Дэян , Китай |
| 14 000 | 600 | Японский металлургический завод | Япония |
| 15 000 | 580 | China First Heavy Industries Group [40] | Хэйлунцзян , Китай |
| 13 000 | Doosan | Южная Корея |
| Сила ( тонны ) | Сила ( тонны ) | Размер слитка ( тонны ) | Компания | Место расположения |
|---|---|---|---|---|
| 80 000 | (88 200) | > 150 | Чайна Эрчжун [39] | Дэян , Китай |
| 75 000 | (82 690) | ВСМПО-АВИСМА | Россия | |
| 65 000 | (71 660) | Обер и Дюваль [41] [42] | Иссуар , Франция | |
| 53 500 | (60 000) | Weber Metals, Inc. [43] | Калифорния , США | |
| (45 350) | 50 000 | 20 | Алкоа , [44] [45] Вайман Гордон [46] [47] | Соединенные Штаты Америки |
| 40 000 | (44 100) | Обер и Дюваль [41] | Памье , Франция | |
| 30 000 | (33 080) | 8 | Уайман Гордон [48] | Ливингстон , Шотландия |
| 30 000 | (33 070) | Weber Metals, Inc. [49] | Калифорния , США | |
| 30 000 | (33 070) | Howmet Aerospace [50] | Джорджия , США |
См. Также [ править ]
- Кастинг
- Холодная калибровка
- Hammerscale
- Тиксоформинг
- Температура ковки
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d Дегармо, стр. 389
- ^ a b Heavy Manufacturing of Power Plants World Nuclear Association , сентябрь 2010 г. Дата обращения : 25 сентября 2010 г.
- ^ «Ковка: Ранние годы» . All Metals & Forge Group . Проверено 1 октября 2013 года .
- ^ a b c d Дегармо, стр. 392
- ^ http://www.scotforge.com/Why-Forging/Casting-Conversions
- ^ "Типы процессов ковки" .
- ^ ДеГармо, стр. 373
- ^ ДеГармо, стр. 375
- ^ a b Дегармо, стр. 391
- ^ a b c Дегармо, стр. 390
- ^ "Формы ковки" . All Metals & Forge Group . Проверено 1 октября 2013 года .
- ^ «Кованые преимущества коленчатого вала» . Кузница Великих озер . Проверено 28 февраля 2014 .
- ^ «Преимущества ковки» (PDF) . Фриса .
- ↑ Литая сталь: ковка , заархивировано из оригинала 18 февраля 2009 г. , извлечено 3 марта 2010 г.
- ^ Kaushish, JP (2008), производственные процессы , PHI обучения, стр. 469, ISBN 978-81-203-3352-9
- ^ a b c d e f g Дегармо, стр. 394
- ^ a b c Дегармо, стр. 393
- ^ a b c d Дегармо, стр. 395
- ^ ДеГармо, стр. 395-396
- ^ ДеГармо, стр. 396-397
- ^ ДеГармо, стр. 396
- ↑ Прецизионная горячая штамповка. Архивировано 20 октября 2008 г. на Wayback Machine . Самтех. Проверено 22 ноября 2007 г.
- ↑ Прецизионная ковка из композитных материалов. Архивировано 17 апреля 2008 г. на Wayback Machine . Самтех. Проверено 22 ноября 2007 г.
- ^ ДеГармо, стр. 397-398
- ^ ДеГармо, стр. 398
- ^ Behrens, Stonis, Rüther, Blohm: Поковка с сокращением оплавления сложных высокопрочных деталей с использованием операций предварительного формования , IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH, Ганновер, 2014.
- ^ Doege, Е., Беренс, В.-А .: Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, лобовые (на немецком), SpringerVerlag, 2010, стр. 7
- ^ Doege, E .; Беренс, Б.-А .: Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, Maschinen , Springer Verlag, 2010, стр. 671f.
- ^ Stonis, M .: Mehrdirektionales Schmieden von flachen Aluminiumlangteilen (на немецком языке), В: Behrens, B.-A .; Nyhuis, P .; Овермейер, Л. (ред.): Berichte aus dem IPH, том 01/2011, PZH Produktionstechnisches Zentrum GmbH, Garbsen 2011.
- ^ Рихтер, J .; Стонис, М .: Qualitätsverbesserung beim Aluminiumschmieden (на немецком языке), In Aluminium Praxis, Giesel Verlag GmbH, том 20 (2015), выпуск 6/15, стр. 20.
- ^ Папенберг, Николаус П. и др. «Mg-сплавы для кузнечных изделий - обзор». Материалы (Базель, Швейцария) т. 13,4 985. 22 февраля 2020 г., DOI: 10.3390 / ma13040985
- ^ Папенберг, Николаус П. и др. «Mg-сплавы для кузнечных изделий - обзор». Материалы (Базель, Швейцария) т. 13,4 985. 22 февраля 2020 г., DOI: 10.3390 / ma13040985
- ^ Dziubińska, А., Gontarz, А., раздает, М., & Barszcz, М. (2016). ФОРМОВКА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ АВИАЦИОННЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ. Журнал "Достижения в области науки и технологий". https://doi.org/10.12913/22998624/64003
- ^ Dziubinska, A., & Gontarz, A. (2015). Новый способ изготовления двухреберных кронштейнов для самолетов из магниевого сплава. Авиастроение и аэрокосмические технологии. https://doi.org/10.1108/AEAT-10-2013-0184
- ^ Dziubinska А., Gontarz А., и Загорский, И. (2018). Качественные исследования авиационных кронштейнов из магниевого сплава AZ31 с треугольным выступом, изготовленных новым методом ковки. Авиастроение и аэрокосмические технологии. https://doi.org/10.1108/AEAT-09-2016-0160
- ^ Dziubińska, А., Gontarz, А., Horzelska, К., & Pieśko, P. (2015). Микроструктура и механические свойства кронштейнов самолетов из магниевого сплава AZ31, изготовленных по новой технологии ковки. Процедуры Производство. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2015.07.059
- ^ ДеГармо, стр. 392-393
- ^ Кидд, Стив. Новое ядерное сооружение - достаточный потенциал поставок? Архивировано 13 июня 2011 года в Wayback Machine Nuclear Engineering International , 3 марта 2009 года. Дата обращения: 25 сентября 2010 года.
- ^ a b c "Самая большая в мире кузница прессы, строящая в Китае" . Гаджет China Tech . 27 октября 2011 . Проверено 12 февраля 2012 года .
- ^ "Самый большой в мире гидравлический ковочный пресс 15000 МН" . Гаджет China Tech . 3 ноября 2011 . Проверено 15 мая 2012 года .
- ^ a b "Сплавы Эрамет" . Архивировано из оригинального 10 декабря 2010 года . Проверено 18 мая 2012 года .
- ^ Алтан, Тайлан (1983). Возможность использования большого пресса (80 000–200 000 тонн) для производства будущих компонентов армейских систем . п. 12.
- ↑ Дин М. Питерс (10 декабря 2018 г.). "Новый гидравлический пресс Weber Metals на 60 000 тонн" . Журнал Forge . Проверено 25 апреля 2020 года .
- ^ Heffernan, Тим (8 февраля 2012). «Железный гигант» . Атлантика . Проверено 12 февраля 2012 года .
- ^ Ковочно-штамповочный пресс 50 000 тонн (PDF) . Американское общество инженеров-механиков. 1981. Архивировано из оригинального (PDF) 27 февраля 2012 года . Проверено 15 мая 2012 . История Mesta Press в Alcoa
- ^ Вайман-Гордон 50000 Ton ковочный пресс (PDF) . Американское общество инженеров-механиков. 1983. Архивировано из оригинального (PDF) 01.02.2015. История Loewy Press в Вайман-Гордон
- ↑ Эдсон, Питер (18 апреля 1952 г.). «Революционный пресс для металла снижает стоимость самолетов и пушек» . Сарасота Журнал . Проверено 12 февраля 2012 года .
- ^ "Вайман Гордон Ливингстон" . Проверено 18 мая 2012 года .
- ^ "Weber Metals" . Проверено 18 июля 2013 года .
- ^ "Howmet Aerospace" . Проверено 18 мая 2012 года .
Библиография [ править ]
- Дегармо, Э. Пол; Черный, JT; Козер, Рональд А. (2011). Материалы и процессы в производстве (11-е изд.). Вайли. ISBN 978-0-470-92467-9.
- Doege, E .; Беренс, Б.-А .: Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, Maschinen (на немецком языке), 2-е издание, Springer Verlag, 2010, ISBN 978-3-642-04248-5
- Остерманн, Ф .: Anwendungstechnologie Aluminium (на немецком языке), 3-е издание, Springer Verlag, 2014 г., ISBN 978-3-662-43806-0
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме ковки . |
- Глоссарий терминов и определений ковки
- Свидетельства истории ковки
