Ковка — один из старейших методов производства стальных изделий. При ковке стали заготовки или прутки разрезаются по длине, а затем нагреваются до определенной пластической или так называемой ковочной температуры сплава. Затем деталь помещается в пресс, где тонны, а иногда и десятки тонн давления гидравлического пресса используются для того, чтобы вдавить мягкую нагретую заготовку или пруток в форму.
В процессе ковки стали используются два типа штампов. Первый — «открытый штамп», при котором процесс ковки дает деталь, близкую к желаемой форме и геометрии. Второй — «закрытый штамп», при котором можно получить детали, требующие минимальной обработки. Процесс закрытого штампа дает деталь с некоторым внешним облоем по периметру, который необходимо удалить во время второй операции прессования. После того, как деталь была прокована и облой удален, при необходимости она готова к термообработке, и затем к финишной обработке для придания окончательной формы и качества поверхности – дробеструйной обработке и суперфинишному шлифованию.
Для формирования металлических деталей обычно используются четыре типа процессов ковки. Эти процессы ковки металла включают:
- горячая ковка (штамповка в закрытых штампах)
- открытая штамповка
- холодная ковка
- бесшовная прокатная кольцевая ковка.
Используя локальные силы сжатия, ковка металла обеспечивает высокоэффективный способ создания деталей различной формы и степени геометрической сложности.
Горячая ковка (закрытый штамп)
Процесс пластической деформации происходит следующим образом. Две половины нагретого штампа (формы) движутся навстречу друг другу, наполняя полости формы горячим металлом заготовки, равномерно заполняя полости штампа. Две половины штампа зажимаются вместе, и металлу дают остыть и затвердеть. После извлечения поковки из штампов с нее удаляется облой. Чтобы исключить образование облоя, вместо этого можно использовать цельный нагретый штамп (форму) , в которую разогретая заготовка вжимается в пуансоном.
Ковка в закрытых штампах с формированием облоя
Ковка в закрытых штампах без формирования облоя
- Полностью закрытые штампы.
- Необходимо использовать точный объем и/или вес преформы.
- Высокие нагрузки на инструмент.
- Никаких потерь энергии.
Схема процесса ковки методом закрытой штамповки без облоя:
Применение:
- Широко используется для производства высоконадежных компонентов.
- Закрытая штамповка подразумевает горячее формование заготовки между двумя половинками штампа в соответствии с формой. Избыточный металл выдавливается между линиями разъема штампа и называется «облой» (штампы проектируются с облой и желобом).
- Закрытая штамповка без облоя использует нагретую заготовку с тщательно контролируемым объемом или весом. Она деформируется для заполнения полости штампа пуансоном без потерь материала. Нагрузки выше, чем при штамповке с облоем.
- Заготовки обычно нагреваются с помощью индукционных нагревателей, чтобы минимизировать затраты энергии и окисление.
- Используются механические кривошипные или фрикционно-винтовые прессы с усилием 500 – 14 000 тонн. Гидравлические прессы, используемые для штамповки алюминиевых сплавов с усилием 750 – 65 000 тонн.
- Скорость производства зависит от размера поковки и степени автоматизации:
- кривошипные прессы с автоподачей
-
300–600 изделий в час горячего формования (Hatebur)
-
полностью закрытые штампы (без облоя) 4 000–10 000 деталей в час
- Срок службы штампа зависит от типа формуемого материала. Чем выше температура ковки, тем ниже срок службы штампа: например, срок службы стали при ковке при +1 000 +1 150˚C обычно составляет 10 000 – 15 000 деталей.
Материалы:
- Большинство металлов и сплавов легко поддаются ковке в закрытых штампах в той или иной степени.
- Список материалов расположен в порядке возрастания сложности ковки:
|
Материал
|
Диапазон температур ковки (˚C)
|
|
Алюминиевые сплавы
|
310 - 450
|
|
Магниевые сплавы
|
275 - 400
|
|
Медные сплавы
|
460 - 1000
|
|
Углеродистая и легированная сталь
|
760 - 1200
|
|
Нержавеющие стали
|
930 - 1180
|
|
Никелевые сплавы
|
750 - 1125
|
|
Титановые сплавы
|
825 - 900
|
|
|
|
|
Сплавы ниобия
|
1050 - 1250
|
|
Молибденовые сплавы
|
1050 - 1350
|
|
Вольфрам и его сплавы
|
1200 - 1500
|
- Большое количество низколегированных сталей типов Ni-Cr и Ni-Cr-Mo используется для деталей, подвергающихся высоким нагрузкам, таких как полуоси и другие детали автомобилей.
- Деформируемые алюминиевые сплавы термически обрабатываемого типа широко используются в авиационной промышленности благодаря хорошему соотношению прочностных характеристик и веса.
- Кованые сплавы обладают лучшей прочностью, пластичностью и структурной целостностью, чем их литые аналоги, благодаря мелкозернистой рекристаллизованной структуре, полученной путем высокопроцентной деформации и размеру частиц, достигаемому в изделии.
Внешний вид и размеры:
- Более жесткие допуски на конструкцию могут быть достигнуты при горячей ковке в закрытых штампах, чем при горячей ковке в открытых штампах.
- Допуски размеров для штамповки стальных деталей методом оплавления (горячая штамповка) следующие: размер деталей (вес 0,5–1кг) +1,5–0,5 мм. Полностью закрытые штампы (безоплавная штамповка) позволяют достичь еще лучших допусков: штамповка методом оплавления (типа Hatebur, стальная штамповка) +0,3– 0,4 мм
- Уменьшенные углы наклона могут использоваться благодаря использованию выталкивателей на кривошипных прессах и горячештамповочных машинах: кривошипный пресс (оплавление стали) 2–5˚ горячештамповочная машина (без облоя стали) 0,5–2˚.
- Общие параметры конструкции аналогичны параметрам, изложенным в карте данных открытого штампа (за исключением допусков и углов уклона).
- Удаление облоя может оставить след, который, возможно, придется зачищать шлифованием или полировкой.
Холодная ковка
Процесс холодной ковки предназначен для создания деталей и компонентов, которые демонстрируют улучшенное качество обработки поверхности и жесткие допуски размеров. В отличие от большинства других видов ковки, холодная ковка не использует тепло для формирования структуры детали, а скорее более низкие температуры для производства различных компонентов.
Холодная ковка применяется для создания различных деталей и компонентов, включая валы, полые детали с валами и стержнями, детали необычных конфигураций и чашеобразные геометрические формы.
Преимущества холодной ковки
- Обеспечивает хорошее качество отделки поверхности
- Экономичный расход металла
- Минимальное количество или полное отсутствие отходов
- Штампы служат дольше, чем те, которые используются для горячей ковки.
- Повышенная текучесть и прочность на разрыв
- Обрабатываемые металл: золото, серебро, медь, латунь
Открытая ковка
Также называемая молотковой ковкой, детали, изготовленные в открытых штампах, формируются посредством прямого усилия. Молоток ударяет и деформирует заготовку, удерживаемую на месте двумя плоскими штампами. Этот процесс называется открытой ковкой, потому что штампы не охватывают заготовку. В этом процессе ковки металла штампы действуют скорее как инструменты, а не как закрытые формы.
Методом открытой ковки можно изготавливать поковки весом от нескольких килограмм до более 150 тонн.
Преимущества открытой ковки
- Улучшенная устойчивость к усталости металла
- Более длительный срок службы детали
- Увеличенная прочность
- Меньше вероятность образования пустот
- Более мелкий размер зерна
Ковка методом бесшовных раскатных колец
Обычно выполняемые путем пробивки отверстия в толстом круглом куске металла, а затем прокатки и сжатия в тонкое кольцо, бесшовные процессы ковки прокатных колец идеально подходят для производства колец диаметром от нескольких сантиметров. По сравнению с другими типами ковки, ковка прокатных колец использует изогнутые штампы вместо плоских штампов для формирования кольцеобразных компонентов.
Преимущества технологии ковки бесшовных раскатных колец
- Превосходная структурная целостность
- Увеличенная прочность
- Управляемый направленный поток
- Устраняет включения и пористость
Разделительные составы Petrofer для ковки и горячей штамповки.
Компания Petrofer обладает полноценной линейкой продуктов для всех типов обработки металла методом ковки и предлагает следующие разделительные составы:
Die-Forgent AP 265 /270 - масло, содержащее графит, для горячей ковки латуни, стали, алюминия. Продукт содержит термостойкое минеральное масло, синтетические диспергаторы и графит. Обладает превосходными смазывающими свойствами, рекомендуется для пластической деформации для автоматизированных линий ковки.
Die-Forgent 81 S водно-графитная эмульсия. Рекомендуется для средних и тяжелых операций ковки стали, алюминия и сплавов большой поверхности с толстым профилем сечения. Содержит графит, не менее 20% в качестве твердых добавок и органический связующий. Рекомендованные концентрации: легкие и средние операции: 6 - 10% ,тяжелые операции: 10 - 20%.
Die-Forgent WL 130/ 156 / 160 D - смешиваемые с водой концентраты содержащие графит.
Рекомендуемые концентрации составляют от 10 до 20%. Содержат ингибиторы коррозии и эффективные биоциды. Графит абсолютно стабилен в концентрате. Готовая жидкость обладает превосходной дисперсионной стабильностью. Температура инструмента составляет от +180 до +350 °С.
Die-Forgent GF 09/25/500 – водорастворимые концентраты без графита.
При распылении на ковочный инструмент образует однородную смазочную пленку с превосходными адгезионными свойствами. Эта пленка позволяет избежать контакта между поверхностью ковочного инструмента и заготовкой.
Рекомендуется для применения при температурах инструмента +130°C…+350°C. Рекомендованная концентрация составляет 5 - 15%, в зависимости от процесса ковки и типа деталей.
Мы будем рады подобрать продукты компании Petrofer для решения технологических задач по обработке металлов методом ковки и горячей штамповки для вашего предприятия.
