Мы уже написали обзор различных производственных процессов, которые были разработаны на протяжении многих лет и продолжают применяться по сей день. В совокупности эти производственные процессы включают методы преобразования сырья в готовую продукцию, которая актуальна как в коммерческом, так и в промышленном отношении. От предметов домашнего обихода до стальных балок – практически каждый предмет, предназначенный для использования человеком, прошел через серию производственных процессов.
В этой статье мы сосредоточимся на одном из старых процессов – ковке. . Что такое ковка и какие продукты ковки мы видим в повседневной жизни?
Что такое ковка?
Ковка – это процесс металлообработки, при котором к куску металла прикладываются локальные силы, чтобы придать ему желаемую форму. Это один из самых древних производственных процессов, восходящий ко временам месопотамцев в плодородном полумесяце. Если вы когда-нибудь смотрели фильм, в котором кузнец нагрел и ударил по металлу, чтобы создать меч, то вы знаете, как процесс ковки работает на фундаментальном уровне.
Раньше сжимающие усилия, необходимые для ковки, передавались стандартными молотками. В настоящее время ударные инструменты являются либо электронными, либо приводятся в действие гидравлическими или пневматическими жидкостями.
Использование локализованных сил делает ковку одним из наиболее гибких производственных процессов. Однако этот метод также используется при производстве деталей, которые должны иметь высокую прочность. Это очень дешевый процесс, требующий минимальной настройки оборудования для длительных производственных циклов.
Температура ковки
Современные методы ковки могут использовать различные типы машинных агрегатов, но все они могут быть разделены на два типа – горячая и холодная штамповка.
Горячая штамповка
Горячая штамповка – это ковка, как известно большинству Это. Металлическая деталь нагревается до температуры, превышающей ее температуру рекристаллизации, после чего прикладываются сжимающие силы. Нагрев снижает предел текучести металлов и повышает пластичность, тем самым уменьшая ударные силы, необходимые для нарушения структуры металла. Это также приводит к более быстрому процессу и более точным результатам.
Необходимость нагревать металлические детали до температур, превышающих 2000 градусов по Фаренгейту, означает наличие горячей печи. Это может быть огромным капиталовложением для производителей и создает дополнительные опасности для производственной среды.
Холодная штамповка
Также можно выполнять процесс штамповки при комнатной температуре с техника холодной ковки. Также существует разновидность, называемая теплой ковкой, при которой металл нагревается, но только до точки ниже его температуры рекристаллизации.
Пропуская нагревательную часть, холодная ковка может обрабатывать детали с лучшим контролем размеров и однородностью механической характеристики. Однако отсутствие пластичности также означает, что потребуются более высокие сжимающие силы. Холоднокованые детали склонны к деформационному упрочнению или изменению физических свойств из-за приложения сжимающих сил. Таким образом, холодная штамповка становится все более трудной по мере обработки детали.
Не все металлы можно обрабатывать холодной штамповкой. Особо твердые металлы, такие как железо и сталь, всегда необходимо нагревать перед ковкой.
Как это работает?
Основная причина, по которой детали изготавливаются путем ковки. это превосходная сила, которую обеспечивает процесс. Это происходит из-за деформации внутренней текстуры зерна. Когда к металлу прикладываются сжимающие силы, его зерна деформируются и выравниваются по общей форме, в которой деталь ковалась. Такое выравнивание зернистой структуры – это то, чем производители могут воспользоваться при разработке деталей с желаемой направленной прочностью.
Улучшение механических свойств также достигается за счет удаления пустот и уменьшения пористости газа.
Типы процессов ковки
Ковка с падением
При ковке с падением сжимающие силы прилагаются внезапным «падением» молотка на заготовка. Это быстрый процесс, который можно использовать для определенных частей одной заготовки, что дает большую степень настройки. Однако это также метод, которому не хватает контроля. В некоторых случаях вторичные процессы формования выполняются после этапа штамповки с каплями.
Чтобы получить желаемую форму в штамповке с каплями, деталь прижимается к предварительно отформованной матрице. Это может быть либо открытый штамп, где деталь просто помещается на наковальню, либо закрытый штамп, где металл примет форму оттиска. Ковка в закрытом штампе подходит для изготовления прочных и высокоточных деталей. Ковка в открытых штампах обычно выполняется для создания слитков или деталей для мелкосерийного производства.
Ковка на прессе
При ковке на прессе сжимающие силы прилагаются посредством непрерывного и продолжительного приложения давления. Матрица почти всегда используется при ковке на прессе для придания металлу желаемой формы. Распределяя усилие на более длительный период приложения, оператор может лучше контролировать механические свойства готовой детали. Сжимающие силы также применяются более равномерно, что приводит к более стабильным характеристикам детали.
Процесс ковки валков
Ковка валков – это специальный процесс ковки, используемый для создания длинных металлические полоски или провода. Он работает путем подачи металлических прутков между двумя цилиндрическими валками, которые оказывают постоянное давление во время вращения. Металлические стержни почти всегда предварительно нагреваются, чтобы сделать их достаточно пластичными, чтобы деформироваться при относительно меньших сжимающих силах. Детали, изготовленные методом валковой ковки, имеют исключительно однородную структуру зерна..
Плюсы и минусы ковки
Несмотря на то, что ковка является древней техникой, ковка все еще существует и остается актуальной в промышленности. Однако это не универсальный вариант для металлообработки, поскольку более продвинутые возможности, такие как формование и литье, отвлекают от внимания. Что делает ковку работоспособной и каковы ее ограничения?
ПЛЮСЫ
Исключительная прочность
Основная движущая сила использования ковки в качестве технологии производства – это создание деталей с превосходной прочностью. Сохранение структуры зерна металла и ее контролируемое выравнивание – это то, что может быть достигнуто только путем ковки. Это также предотвращает потенциальное поглощение загрязняющих веществ, которое может произойти всякий раз, когда металл плавится и затвердевает.
Высокая производительность
Это Настройка оборудования для ковки может занять некоторое время, но это очень быстрый процесс, когда все будет установлено. Зависимость ковки от быстрого приложения экстремальных нагрузок означает, что детали могут пройти этап ковки за считанные секунды. Это, конечно, не относится к горячей ковке – вам понадобится несколько минут, чтобы нагреть металлическую деталь до подходящей температуры. Тем не менее, ковочные технологии могут быть легко интегрированы в существующий производственный процесс при надлежащем планировании.
Низкие шансы на переделку или брак
Простота ковки означает меньшее время простоя и брака по сравнению с формованием или литьем. Потребность в переработке или утилизации бракованной продукции является естественной частью любого производственного процесса и требует значительных затрат. Выбирая ковку по сравнению с другими производственными процессами, предприятие может значительно сэкономить время и деньги, затрачиваемые на обработку бракованной продукции.
МИНУСЫ
Высокие капитальные затраты
Многие тяжелые машины подвергаются процессу ковки. Как минимум, вам понадобятся молотки и прессы, способные оказывать давление для деформации металлов. Это оборудование большое, мощное и очень дорогое. Если вам необходимо выполнить горячую ковку твердых металлов, вам потребуются нагревательные печи, достаточно большие, чтобы соответствовать деталям, над которыми вы будете работать.
Если в процессе ковки будут использоваться штампы. , то они должны быть точно спроектированы и подвергнуты термообработке. Они также представляют собой значительные затраты на запуск.
Высокие затраты на электроэнергию
Помимо высоких капитальных затрат, затраты на эксплуатацию поковки процесс также относительно высоки. Для того, чтобы привести в движение ударный молот для деформации металлов, требуется огромная мощность, хотя затраты можно снизить, используя гидравлические или пневматические жидкости. Также требуется значительная энергия для нагрева металлов до их температур рекристаллизации – она может достигать от 2000 до 3000 градусов по Фаренгейту..
Несмотря на высокие эксплуатационные расходы, ковка по-прежнему считается более экономичной альтернативой литью или формованию. Это связано с более высокой надежностью поковки, что значительно снижает потребность в доработке готовых деталей или появление обрезков.
Применение ковки
Благодаря десятилетиям практики и Широкое промышленное использование, составление списка областей применения процесса ковки – задача практически невыполнимая. Кованые компоненты охватывают весь спектр: от ручных инструментов и трубопроводной арматуры до сельскохозяйственных машин и компонентов аэрокосмической отрасли.
Характерная прочность и надежность кованных компонентов делает их отличным вариантом для тяжелых условий эксплуатации. Таким образом, ковка обычно используется для изготовления балок моста, трансмиссионных валов и шестерен, приводных валов, шпинделей колес, шариковых шпилек, дифференциальных передач и рулевых рычагов автомобилей. На нефтяных месторождениях и коммунальных предприятиях трубы, клапаны, фланцы и другие фитинги обычно изготавливаются методом ковки.
То, что мы здесь перечислили, является лишь частью всех возможных применений ковки. Если есть отрасль, которая полагается на детали, которые будут работать с высоким уровнем надежности, то есть большая вероятность, что вы найдете там поддельные компоненты.
Заключительные мысли
Ковка – древний способ изготовления. Свидетельством его непреходящей ценности является то, что он остается актуальным процессом даже в сегодняшнюю современную индустриальную эпоху. До сих пор ни один другой производственный процесс не мог соперничать с кованым компонентом по уровню прочности и относительной простоте процесса. Установка оборудования, необходимого для ковки, может потребовать огромных начальных затрат, но это остается одним из самых надежных и экономичных вариантов для обрабатывающей промышленности.