Глава 20. Получение машиностроительных заготовок

Почти каждый машиностроительный завод имеет кузнечные или куз-нечно-штамповочные цехи, в которых изготовляют поковки различного на­значения методами ковки или горячей объемной штамповки. В современном машиностроении около 20% всех деталей получают из поковок. Ковкой и объемной штамповкой изготавливают заготовки и детали массой от десятков граммов (например, детали швейных машин) до сотен тонн (например, по­ковки роторов турбин), размерами от сантиметров до десятков метров. Ков­кой и штамповкой могут быть обработаны почти все используемые в про­мышленности металлы и сплавы. Для труднообрабатываемых и малопла­стичных сплавов применяют специальные способы обработки.

В зависимости от объема производства, массы, конфигурации и материала поковок, технических требований к поковкам, производственных условий и дру­гих факторов поковки получают либо методами ковки, либо объемной штампов­кой. В штучном и мелкосерийном производстве применяют ковку.

20.1. Ковка

Ковкой называют вид обработки давлением, при котором исходную за­готовку деформируют универсальным инструментом — бойками: при этом течение металла в стороны перпендикулярно действующему усилию не ог­раничивается. Ковка предназначена для придания заготовке формы, прибли­жающейся к форме готовой детали. Одновременно с этим при ковке улуч­шаются механические свойства литого металла исходной заготовки.

Основные операции ковки — осадка, протяжка, пробивка, прошивка, гибка, скручивание, отрубка и кузнечная сварка.

Осадка — уменьшение высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения (рис. 20.1, а). Осадку производят бойками или оса­дочными плитами. Заготовки, у которых отношение высоты к диаметру или к меньшей стороне поперечного сечения больше 2,5, осаживать не рекомен­дуется во избежание возможного изгиба заготовки. Осадку применяют для увеличения площади поперечного сечения поковки.

Протяжка (рис. 20.1,6) — удлинение заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения. Она осуществляется последова­тельными обжатиями отдельных, примыкающих друг к другу участков заго­товки при ее подаче вдоль оси.

Разновидности протяжки: раскатка (рис. 20.1, в) и протяжка на оправке (рис. 20.1, г). Раскатка — увеличение диаметра кольцевой заготовки при вращении за счет уменьшения ее толщины с помощью бойка и оправки. При раскатке ширина кольца несколько увеличивается. Инструментами для рас­катки служат плоский боек, оправка и люнет. Протяжка на оправке — увели-

Рис. 20.1. Операции ковки:

а — осадка, б — протяжка; в — раскатка; г — протяжка на оправке, д — гибка, е — закру­чивание, ж — рубка; з — пробивка, и — прошивка

чение длины прошитой или просверленной заготовки за счет обжатия ее по обе стороны оправки двумя бойками (нижним вырезным и верхним плоским или обоими вырезными бойками). При протяжке наружный диаметр и тол­щина стенки заготовки уменьшаются. Раскаткой изготовляют поковки колец, а протяжкой на оправке — поковки сосудов высокого давления, стволов орудий и др.

Гибка (рис. 20.1, д) — образование или изменение углов между час­тями заготовки или придание ей криволинейной формы. Гибку осуществля­ют с помощью различных опор, приспособлений и в подкладных штампах.

Скручивание (рис. 20.1, е) — поворот части заготовки вокруг про­дольной оси. Осуществляют ее, например, при развороте колен коленчатых валов.

Рубка (рис. 20.1, ж) — полное отделение части заготовки по незамк­нутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента. Рубку осуществляют топорами для удаления прибыльной и донной частей слитка, лишних концов поковки или для разделения длинной поковки на бо­лее короткие части.

Пробивка (рис. 20.1, з) — образование в заготовке отверстия с удале­нием материала в отход путем сдвига. Отверстия диаметром до 500 мм пробива­ют сплошным прошивнем с применением подкладного кольца, а отверстия большего диаметра прошивают полым прошивнем, применяя в случае высокой заготовки надставки. Часть металла удаляют при этом вместе с прошивнем.

Прошивка (рис. 20.1, и) — получение полостей в заготовке за счет вытеснения материала. Она служит самостоятельной операцией для образо­вания отверстия либо подготовительной операцией для последующей рас­катки или протяжки заготовки на оправке.

Кузнечная сварка — образование неразъемного соединения под дейст­вием давления в нагретом состоянии. В связи с развитием новых видов свар­ки эта операция применяется редко.

При получении крупных поковок массой от нескольких сотен кило­граммов до 300 т (валы гидротурбин, турбинные диски, валки прокатных станов) в качестве заготовок используют слитки массой до 350 т. Для более мелких поковок в качестве заготовок применяют прокат в виде полупродукта или сортового профиля круглого либо квадратного сечения.

Микро- и дислокационная структура металла после ковки (как и после штамповки) не является окончательной, она определяется последующей тер­мообработкой поковок. Термообработка, особенно крупных поковок, облег­чается, если поковки после ковки имеют более мелкое зерно. Зерна увеличи­ваются при нагреве до ковочных температур, поэтому все участки нагретой заготовки должны быть прокованы для измельчения зерен, и ковку следует заканчивать при температурах, близких к нижнему пределу ковочных темпе­ратур, чтобы избежать роста зерен после ковки в остывающей поковке.