Металлообрабатывающая компания VT-METALL Гибкий подход – железное качество
Звоните, мы сейчас работаем:
25.09.2022
Изделия из металла
200
Время чтения: 8 минут

Ковка металла: технология производства работ

Редакция сайта VT-Metall
Сохранить статью:

Из этого материала вы узнаете:

  • Суть и назначение ковки 
  • Горячая ковка металла
  • Оборудование для горячей ковки металла
  • Холодная ковка металла
  • Станки для холодной ковки
  • Основные приемы обработки металла (кузнечные операции)

Ковка металла с древних времен имела настолько важное значение, что люди верили в богов-кузнецов. Это и греческий бог Гефест, и славянский Сварог, и индуистское божество Тваштри. Но за тысячелетия это ремесло видоизменилось и перестало быть уделом избранных, приобрело промышленные масштабы.

Металл в умелых руках меняет форму, становясь или исключительно практичной вещью, такой как плуг, или произведением искусства как ворота Дворца Правосудия в Париже. Конечно, ручная ковка – это штучные изделия, часто уникальные, в то время как машинная ковка позволяет получить изделия весом до 200 т. Подробнее о видах ковки металла и технологических особенностях процесса читайте в нашем материале.

Суть и назначение ковки

Все процессы обработки металлических заготовок и изменение их формы с помощью непрофилированных инструментов, в ходе которых металл имеет возможность, в отличие от прессования, свободно деформироваться, объединены единым термином – ковка. По мнению ряда специалистов, термин включает в себя и технологии холодной ковки металла, при которой работа с заготовками ведется без их нагрева. Способы ковки металла достаточно разнообразны.

Использование в качестве материала для ковки слитков и болванок чаще всего характерно для производственных процессов на крупных предприятиях. В небольших частных кузницах мастера обычно выбирают в качестве исходного материала металл в прутах.

Элементы процесса ковки металлов могут значительно различаться в зависимости от задач и масштаба производства, но существует ряд общих моментов. На крупных предприятиях металл, с которого предварительно удалена остающаяся после проката окалина (или ржавчина, если металл хранился на складе), нарезают или рубят, получая заготовки нужного размера, затем доставляют на участок ковки.

 

Заготовкам с помощью специальных прессов или пневматического молота придается требуемая форма. Далее детали подвергают термообработке и очистке. Полученные заготовки передают на следующие участки для штамповки и слесарной обработки, завершающей процесс.

Обработка металла ковкой, как правило, не подразумевает получение полностью готовой продукции. Так называемой поковке требуется пройти еще целый ряд операций, чтобы стать готовым изделием.

Нарезку металла на заготовки (первый обязательный этап процесса ковки) осуществляют при помощи распила на специальных станках или рубки, для которой применяют молот и кузнечный топор. Так называемые холодноломы применяют для обработки заготовок особенно крупных размеров.

Металл в прутах разделяют на заготовки нужного размера с помощью пресс-ножниц. Такая технология позволяет неплохо экономить и увеличивать производительность, что делает ее одной из самых часто используемых. Пресс-ножницы также дают возможность получать заготовки с максимальной точностью. В небольших мастерских чаще всего стараются выбирать заготовки нужной длины, что позволяет обойтись без станков для нарезки металла.

Машинная ковка, помимо нарезки заготовок, включает в себя на этапе подготовки операции, в ходе которых для получения поковки с нужными параметрами заготовку осаживают, оттягивают, сгибают и скручивают, применяя для этого различные плоские бойки. Для дальнейшей обработки заготовок и их превращения в поковку требуемой формы в ход идет подкладной инструмент, с помощью которого производится протяжка и пережим. Результатом перечисленных операций становятся поковки необходимой для дальнейшей работы длины и сечения.

Горячая ковка металла

Наиболее распространенным методом является обработка металла горячей ковкой. Нагретый до нужной температуры металл приобретает пластичность, которая облегчает работу по приданию заготовке требуемой формы. Температура ковки зависит от химического состава заготовок. При обработке простой углеродистой стали нужно ориентироваться на диаграмму фазового равновесия железо – углерод.

2-min.jpg

Доэвтектоидные стали для ковки требуют более высокой температуры, чем заэвтектоидные. В целом, работает правило, говорящее, что понижение концентрации в сплаве углерода ведет к необходимости повышения ковочной температуры.

Процесс ковки металла требует в среднем температуры от +8 000 °С до 12 000 °С. В кузнечном деле не принято использовать термин «температура нагрева». Профессионалы привыкли оперировать значением температуры в начале и конце ковки. Поступивший в обработку металл после выгрузки из печи теряет температуру со скоростью, которая зависит от массы и сечения заготовки. Исходя из этого, болванку разогревают до температуры, примерно на 300 градусов превышающей необходимую для начала обработки.

Однако необходимо контролировать температуру нагрева заготовки, чтобы избежать перегрева и пережога металла. При перегреве в структуре материала появляется крупное зерно, приводящее к снижению его пластичности. Такая заготовка может растрескиваться в ходе деформации. Если имеет место перегрев, болванку следует медленно охладить до полного остывания и произвести повторный нагрев.

Если же перегрев металла произошел до более высокой температуры, могут произойти необратимые изменения в его структуре, которые называют пережогом. При пережоге расплавляются такие неметаллические включения, как, например, сера. При таких изменениях микроструктуру металла восстановить уже нет шансов.

Заканчивают ковку обычно, когда в микроструктуре остывающего металла начинает образовываться крупное зерно. При этом требуется значительно большее усилие для обработки и снижается ее качество.

Маленькие кузнечные мастерские и предприятия, специализирующиеся на художественной ковке, часто практикуют ручной процесс. Здесь все происходит по старинке: заготовки нагревают в горнах и обрабатывают, используя ручные молоты и наковальню. Разница в том, что воздух в открытые печи подают не кузнечными мехами, а электрическими нагнетателями.

Одной из наиболее специфичных и ответственных операций при ковке является кузнечная сварка. Соединение элементов изделия здесь происходит благодаря проковке разогретого металла. Преимущество такой методики в том, что в месте соединения деталей отсутствуют очаги внутреннего напряжения, которые при обычной сварке возникают из-за неравномерного разогрева. Соединяемые кузнечной сваркой изделия отличаются высокой прочностью и долговечностью.

Оборудование для горячей ковки металла

Немаловажную роль в обустройстве кузнечного цеха играет грамотный выбор помещения и правильная организация рабочего пространства. В мастерской необходимо иметь достаточно места для свободного размещения печей, наковален, рабочих столов и прочего оборудования. Важно предусмотреть достаточно пространства для инструмента, расходников и временного хранения готовой продукции.

3-min.jpg

Также в кузнечных мастерских особое внимание следует уделять пожарной безопасности. Помещение должно быть оборудовано местами для огнетушителей. Отдельно нужно позаботиться о вентиляции и монтаже вытяжки в рабочей зоне.

Кузнечный горн

Это печь открытого или закрытого типа, служащая для нагрева металла. Она состоит из:

  • горнового гнезда;
  • пространства для разогрева заготовок, выложенного огнеупорным кирпичом;
  • системы нагнетания воздуха;
  • кожуха и дымохода;

При разогреве металла в горне его состав дополнительно обогащается содержащимся в топливе углеродом, поэтому в кузнечном деле чаще всего используют каменный уголь.

Муфельная печь

В муфельных печах можно как разогревать металл для ковки, так и плавить его для литья. Отличие таких печей от горнов состоит в том, что заготовка отделена от горящего топлива стенками муфельной камеры. Чтобы оборудовать муфельную печь своими силами, следует соорудить камеру округлой или прямоугольной формы, выложенную шамотными кирпичами на металлическом каркасе.

Для отделения заготовки от продуктов горения все щели необходимо тщательно заделать при помощи огнеупорного герметика. Нагрев в муфельных печах производится газовой горелкой или электронагревателями с нихромовой или фехралевой нитью.

Наковальня

Это главный элемент оборудования в любой кузнечной мастерской вне зависимости от того, какая ковка применяется для обработки металла – горячая или холодная. Наковальня представляет собой опорный кузнечный инструмент для металлообработки методом пластической деформации. Конструкция наковальни включает в себя:

  • рог, при помощи которого на изделии формируют изгибы;
  • основание на специальных лапах;
  • наличник, на котором производится большинство операций по формовке изделия;
  • отверстия различной формы для установки подкладных инструментов и пробивания заготовки.

Наковальни изготавливают из специальных сортов стали с соответствующей термообработкой.

Холодная ковка металла

Холодной называют ковку, для которой металлическая заготовка разогревается до температуры, не превышающей четверти от температуры плавления. Важно уточнить, что холодная ковка и ковка металла при комнатной температуре – это две различных технологии.

4-min.jpg

Обработка методом пластического деформирования, например, таких мягких металлов, как свинец или олово, это чаще всего именно ковка при комнатной температуре, а обработка вольфрамовой заготовки при температуре от +650 до 7 000 °С подходит под определение холодной ковки.

Холодную ковку применяют на предприятиях, занятых производством декоративных решеток, кованых балясин, оград и художественных изделий. В качестве заготовок такие мастерские чаще всего используют металлические профили – металл в виде прута или полосы.

Основные операции при холодной ковке состоят из сгибания, скручивания и чеканки. Часто такой методике отдают предпочтение при обработке цветных металлов, так как температурный режим в холодной ковке почти не приводит к образованию окалины на поверхности изделия.

Станки для холодной ковки

Многие приспособления для холодной ковки, например, твистер, можно изготовить своими руками. Изготовление подобного станка для холодной ковки металла займет у опытного мастера не более половины рабочего дня. Помимо набора станков для обустройства мастерской, понадобятся отрезные и шлифовальные машинки, сварочный аппарат и набор инструмента для слесарной обработки изделий.

5-min.jpg

Рассмотрим основные виды оборудования для холодной ковки металла:

«Улитка»

С помощью такого ручного приспособления формируют завитки на заготовках из металлического прутка или полосы. «Улитка» обязательно присутствует во всех мастерских, занятых холодной ковкой. На основании приспособления крепятся элементы для формирования спирали. В продвинутых моделях заготовка крепится в специальном кондукторе, который формирует завиток. Станок снабжен воротом с рукоятью, который значительно облегчает работу.

Торсионный станок

С помощью этого приспособления, состоящего из неподвижного зажима для заготовки с одной стороны и ворота с другой, изготавливают свитые из нескольких прутков элементы и кованые «корзинки».

«Гнутик»

При помощи «Гнутика» опирающуюся на два фиксированных ролика заготовку изгибают на заданный угол, прилагая усилие к специальному, расположенному посередине подвижному зубу.

«Волна»

Данное приспособление предназначено для формирования элементов в виде волны или зигзага.

Основные приемы обработки металла (кузнечные операции)

Процесс ковки состоит из ряда операций, набор которых зависит от требуемого на выходе результата. Перечислим основные:

  • Осадка. Суть операции состоит в пластическом деформировании заготовок по высоте и увеличении их диаметра. Как правило, ковку начинают со свободной осадки поковок, распределяя при этом ее массу по всей длине.
  • Высадка. Нередко открытую осадку сочетают с закрытой, при этом одну часть изделия формируют подкладным инструментом, а вторая свободно деформируется. Высадка позволяет получить поковку, масса металла в которой распределена неравномерно. С помощью этой операции можно откалибровать детали или получить заготовки с утолщением в нужной части.

6-min.jpg

  • Протяжка (вытяжка). В случаях, когда необходимо существенно увеличить длину заготовок, применяют протяжку. Поковку чаще всего удлиняют несколькими ударами бойка. Иногда также эту операцию производят нажатиями ползуна. Для протяжки больших заготовок может понадобиться несколько раз разогреть их, повторяя операцию до достижения требуемого результата.
  • Раскатка и протяжка с обкаткой. Суть этих операций заключается в сочетании ударов бойка или нажатий ползуна с поворотом поковки вокруг своей оси. Для протяжки с обкаткой используют специальные оправки. В основном, такие операции выполняют при формировании полых цилиндрических деталей или колец.
  • Прошивка. Отверстия в заготовке получают, производя операцию, называемую прошивкой. Речь идет как о сквозных отверстиях, так и о глухих. Для формирования отверстий используют специальные оправки – прошивни. Прошивание производится за счет ударов бойка или нажатий прессом с ползуном.
  • Рубка. Одна из основных и часто применяемых операций при ковке металла. Рубку производят с целью разделения первичной заготовки на фрагменты нужного размера. Для рубки кузнецы используют кузнечные топоры и молот или пресс.
  • Гибка. Эта операция чаще всего применяется в холодной ковке и необходима для изменения угла наклона одних частей изделия относительно других. Чаще всего гибка требуется при работе с листовым металлом.
  • Закручивание. При изготовлении витых деталей или «корзинок» в холодной ковке часто закручивают одну или несколько заготовок одновременно при помощи твистеров. Эта операция по большей части применяется в работе с металлопрокатом в виде прутов или полос для изготовления декоративных элементов.

Для полноценной работы современного кузнечного производства необходимы тщательно проработанные технологии и оптимально спланированные производственные процессы. Традиционные методы разработки технологий основывались на методе проб и ошибок, когда в ходе разработки процессов производства новых наименований кованых изделий требовались многочисленные доработки.

Сегодня благодаря внедрению компьютерных технологий появилась возможность оптимизировать и существенно ускорить разработку технологий. Процессы пластического деформирования заготовок в наши дни моделируют с помощью специальных программ.

Компьютерное моделирование и расчет параметров технологического процесса позволяют, помимо прочего, получить важную информацию о возможных очагах напряжения в кованом изделии, структурных изменениях металла и еще о целом ряде необходимых для грамотной проработке технологии параметров.

Глубокие знания в области разработки технологий и металловедения позволяют специалистам детально прорабатывать и оптимизировать производственные процессы.

Читайте также
Получить бесплатный чертеж

Получить бесплатный чертеж

Скачать прайс

Скачать прайс

Пересчет проекта

Пересчет проекта

Позвонить бесплатно

Позвонить бесплатно

Скачать прайс

Скачать
прайс

Написать WhatsApp

Написать WhatsApp

Яндекс.Метрика