Что такое ковка? Классификация и характеристики.

Ковка — это общее название для процесса ковки и штамповки. Это метод формования, при котором молот, наковальня и пуансон ковочной машины или формы оказывают давление на заготовку, вызывая пластическую деформацию для получения деталей требуемой формы и размера.

Что такое ковка?

В процессе ковки вся заготовка подвергается значительной пластической деформации и относительно большому пластическому течению. В процессе штамповки заготовка формируется в основном за счет изменения пространственного положения каждой детали, и внутри нее на больших расстояниях пластическое течение отсутствует. Ковка в основном используется для обработки металлических деталей. Она также может применяться для обработки некоторых неметаллов, таких как конструкционные пластмассы, резина, керамические заготовки, кирпич и для формования композитных материалов.

Прокатка, волочение и т.д. в кузнечном и металлургическом производстве — это все виды пластической или прессовой обработки. Однако ковка в основном используется для производства металлических деталей, в то время как прокатка и волочение — для производства металлических материалов общего назначения, таких как листы, полосы, трубы, профили и проволока.

Классификация ковки

Ковка классифицируется главным образом по методу формования и температуре деформации. По методу формования ковка делится на две категории: ковка и штамповка. По температуре деформации ковка подразделяется на горячую ковку, холодную ковку, горячую ковку, изотермическую ковку и т. д.

1. Горячая ковка

Горячая ковка — это ковка, выполняемая при температуре выше температуры рекристаллизации металла. Повышение температуры может улучшить пластичность металла, что способствует улучшению внутренних качеств заготовки и снижает вероятность её растрескивания. Высокие температуры также могут снизить сопротивление металла деформации и уменьшить требуемый тоннаж.кузнечное оборудованиеОднако, поскольку существует множество процессов горячей ковки, точность заготовки низкая, а поверхность не гладкая. Кроме того, поковки подвержены окислению, обезуглероживанию и повреждениям от пригорания. Когда заготовка большая и толстая, материал обладает высокой прочностью и низкой пластичностью (например, прокатка сверхтолстых пластин, вытяжка высокоуглеродистых стальных прутков и т. д.), используется горячая ковка.
Обычно используемые температуры горячей ковки: углеродистая сталь 800–1250℃; легированная конструкционная сталь 850–1150℃; быстрорежущая сталь 900–1100℃; широко используемые алюминиевые сплавы 380–500℃; легированные стали 850–1000℃; латунь 700–900℃.

2. Холодная ковка

Холодная ковка — это ковка, выполняемая при температуре ниже температуры рекристаллизации металла. В общем, под холодной ковкой понимается ковка при комнатной температуре.

Заготовки, полученные методом холодной ковки при комнатной температуре, обладают высокой точностью формы и размеров, гладкими поверхностями, требуют минимального количества технологических этапов и удобны для автоматизированного производства. Многие детали, полученные методом холодной ковки и холодной штамповки, могут быть использованы непосредственно в качестве деталей или изделий без необходимости механической обработки. Однако при холодной ковке из-за низкой пластичности металла легко образуются трещины в процессе деформации, а сопротивление деформации велико, что требует использования крупнотоннажного ковочного оборудования.

3. Горячая ковка

Ковка при температуре выше нормальной, но не превышающей температуру рекристаллизации, называется горячей ковкой. Металл предварительно нагревается, и температура нагрева значительно ниже, чем при горячей ковке. Горячая ковка обеспечивает более высокую точность, более гладкую поверхность и низкое сопротивление деформации.

4. Изотермическая ковка

Изотермическая ковка поддерживает постоянную температуру заготовки на протяжении всего процесса формования. Изотермическая ковка позволяет в полной мере использовать высокую пластичность определенных металлов при одинаковой температуре или получить определенные структуры и свойства. Изотермическая ковка требует поддержания постоянной температуры формы и заготовки, что влечет за собой высокие затраты и используется только для специальных процессов ковки, таких как сверхпластичная формовка.

Характеристики ковки

Ковка может изменять структуру металла и улучшать его свойства. После горячей ковки слитка исходная рыхлость, поры, микротрещины и т. д., существовавшие в литом состоянии, уплотняются или свариваются. Исходные дендриты разрушаются, что делает зерна мельче. В то же время изменяется исходная сегрегация карбидов и их неравномерное распределение. Структура становится однородной, что позволяет получить плотные, однородные, мелкозернистые поковки с хорошими общими характеристиками и надежной эксплуатацией. После горячей ковки металл приобретает волокнистую структуру. После холодной ковки кристаллическая структура металла становится упорядоченной.

Ковка — это процесс, при котором металл подвергается пластической деформации для получения заготовки желаемой формы. Объем металла не изменяется после начала пластической деформации под действием внешней силы, и металл всегда течет к той части, которая оказывает наименьшее сопротивление. В производстве форма заготовки часто контролируется в соответствии с этими законами для достижения таких деформаций, как утолщение, удлинение, расширение, изгиб и глубокая вытяжка.

Размеры кованой заготовки точны и способствуют организации массового производства. Размеры формовочных форм в таких областях применения, как ковка, экструзия и штамповка, точны и стабильны. Высокоэффективное ковочное оборудование и автоматизированные линии ковки могут использоваться для организации специализированного массового или серийного производства.

К наиболее часто используемому ковочному оборудованию относятся ковочные молоты,гидравлические прессыи механические прессы. Ковочный молот имеет высокую скорость удара, что благоприятно сказывается на пластичности металла, но при этом вызывает вибрацию. Гидравлический пресс использует статическую ковку, что способствует сквозной ковке металла и улучшению его структуры. Работа стабильна, но производительность низкая. Механический пресс имеет фиксированный ход и легко поддается механизации и автоматизации.

Тенденции развития технологии ковки

1) Улучшение внутренних качеств кованых деталей, главным образом, повышение их механических свойств (прочности, пластичности, ударной вязкости, усталостной прочности) и надежности.
Это требует более эффективного применения теории пластической деформации металлов. Необходимо использовать материалы с изначально лучшим качеством, такие как сталь, обработанная вакуумом, и сталь, выплавленная в вакууме. Следует правильно проводить предковочный нагрев и термообработку при ковке. Необходимо проводить более строгий и всесторонний неразрушающий контроль кованых деталей.

2) Дальнейшее развитие технологий прецизионной ковки и прецизионной штамповки. Обработка без резки является важнейшей мерой и направлением для машиностроительной отрасли в целях повышения эффективности использования материалов, повышения производительности труда и снижения энергопотребления. Разработка методов неокислительного нагрева заготовок для ковки, а также высокотвердых, износостойких и долговечных материалов для пресс-форм и методов обработки поверхности будет способствовать расширению применения прецизионной ковки и прецизионной штамповки.

3) Разработать кузнечное оборудование и линии по производству кованых изделий с более высокой производительностью и автоматизацией. Благодаря специализированному производству значительно повышается производительность труда и снижаются издержки на ковку.

4) Разработка гибких систем формовки при ковке (с применением групповой технологии, быстрой смены штампов и т. д.). Это позволит использовать высокоэффективное и высокоавтоматизированное ковочное оборудование или производственные линии для мелкосерийного производства различных видов кованых изделий. Это приблизит производительность и экономичность производства к уровню массового производства.

5) Разработка новых материалов, таких как методы ковки порошковых металлургических материалов (особенно двухслойных металлических порошков), жидких металлов, армированных волокнами пластмасс и других композитных материалов. Разработка таких технологий, как сверхпластическая формовка, высокоэнергетическая формовка и внутренняя формовка под высоким давлением.