Свободная ковка металла кратко

Обновлено: 02.07.2024

Название работы: Свободная ковка

Предметная область: Производство и промышленные технологии

Описание: Свободной ковкой можно получать поковки от самых малых размеров до самых крупных массой до 250300 т. Этим способом изготавливают поковки простой формы. Осадку применяют для увеличения площади поперечного сечения поковки. Раскаткой изготовляют поковки колец а протяжкой на оправке поковки сосудов высокого давления стволов орудий и др.

Дата добавления: 2013-11-18

Размер файла: 156.88 KB

Работу скачали: 115 чел.

114/ Свободная ковка это способ обработки металла давлением в горячем состоянии посредством удара или статического давления, при этом течение металла происходит в направлениях, не ограниченных поверхностями инструмента. Свободной ковкой можно получать поковки от самых малых размеров до самых крупных массой до 250300 т.

Свободная ковка осуществляется на универсальном оборудовании (молотах или прессах) с применением универсального ковочного инструмента и называется машинной в отличие от ручной ковки. Этим способом изготавливают поковки простой формы. Применяется свободная ковка в единичном и мелкосерийном производстве.

При получении крупных поковок массой от нескольких сотен кг до 300 т (валки прокатных станков) в качестве исходных заготовок используют слитки массой до 350 т. Для более мелких поковок в качестве заготовок применяют прокат в виде полупродукта или сортового профиля круглого или квадратного сечения.

Основные операции свободной ковки : осадка, протяжка, прошивка, раскатка, гибка, скручивание, отрубка и сварка

Осадка уменьшение высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения (рис.2а). Осадку производят бойками или осадочными плитами. Осадку применяют для увеличения площади поперечного сечения поковки.

а осадка, б высадка, в протяжка,

г, д прошивка, е раскатка, ж гибка,

з рубка; 1 верхний боёк,

3 исходная заготовка,

4 исходная заготовка после соответствующей операции,

5 подкладная втулка, 6 подкладное кольцо, 7 выдра, 8 - прошивень,

9 оправка, 10 фигурный боёк,

11 кузнечный топор.

Высадка это осадка части заготовки (рис.2,б).

Протяжка удлинение заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения (рис.2,в). Она осуществляется последовательными обжатиями отдельных, примыкающих друг к другу участков заготовки с поворотом вокруг продольной оси при ее подаче вдоль оси.

Раскатка (разновидность протяжки) увеличение диаметра кольцевой заготовки при вращении за счет уменьшения ее толщины с помощью бойка и оправки (рис. 2,е). При раскатке ширина кольца несколько увеличивается. Инструментами для раскатки служат плоский боек, оправка и люнет. Раскаткой изготовляют поковки колец, а протяжкой на оправке- поковки сосудов высокого давления, стволов орудий и др.

Пробивка образование в заготовке отверстий с удалением материала в отход путем сдвига (рис.2,г). Отверстия диаметром до 500 мм пробивают сплошным прошивнем, а отверстия большого диаметра прошивают полым прошивнем, применяя в случае высокой заготовки надставки. Часть металла при этом удаляют вместе с прошивнем. Отход называется выдрой и составляет15-60 %.

Прошивка получение полостей в заготовке за счет вытеснения материала (рис.2,д). При этом прошивку производят с двух сторон - с кантовкой на 180ºС. Отход составляет 15-20 %. Операция служит самостоятельной для образования

отверстий либо подготовительной операцией для последующей раскатки или протяжки заготовки на оправке.

Гибк а образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы (рис.2,ж). Гибку осуществляют с помощью различных опор, приспособлений и в подкладных штампах.

Рубк а полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента (рис.2,з). Рубку осуществляют топорами для удаления прибыльной и донной частей слитка, лишних концов поковки или для разделения длинной поковки на более короткие части.

Скручивание поворот части заготовки вокруг продольной оси. Осуществляют ее, например, при развороте колен коленчатых валов.

Кузнечная сварка образование неразъемного соединения под действием давления в нагретом состоянии двух и более заготовок.

Преимущества свободной ковки:

-- Возможность изготовления крупногабаритных поковок массой несколько сотен тонн.

Применение универсального оборудования и универсальной оснастки позволяют получать поковки широкого ассортимента.
В процессе ковки значительно улучшается качество металла, повышаются его механические свойства, особенно пластичность и ударная вязкость.

Недостатки свободной ковки:

Низкая производительность, значительная трудоемкосготовления поковок, особенно на прессах
большие напуски, припуски и допустимые отклонения размеров поковок, что приводит к увеличению объема механической обработки и расхода металла.

Деформация металла обеспечивается на молотах простого действия только массой свободно падающих частей, а на молотах двойного действия еще принудительным ускорением за счет давления воздуха или пара (0,7 ÷ 0,9 МН/м 2 ). Молот может осуществлять следующие режимы работы: последовательные автоматические удары, удерживание бабы на весу, прижим поковки, холостой ход.

Гидравлические прессы предназначены для выполнения различных технологических операций ковки (протяжке, осадки, проглаживания, прошивке, рубки и т.д.) Гидравлический пресс является орудием статического действия, принцип работы его основан на законе Паскаля (рис 4). Пресс состоит из двух камер, снабженных поршнями и соединенных трубопровод. Увеличивая площадь и рабочее давление р жидкости, можно добиться, чтобы пресс развивал очень большие усилия (до 1000 МН).

1 - большой поршень, 2 - заготовка, 3 малый поршен

Ковочные прессы отличаются большим числом ходов и высокой скоростью перемещения подвижной поперечины, поэтому заготовка в процессе обработки охлаждается незначительно. В качестве рабочей жидкости в гидропрессовых установках применяется вода с добавлением 2-3 % эмульсола или минеральное масло (индустриальное, машинное, турбинное). На гидравлических прессах с усилием 5-150 МН обрабатывают заготовки крупных деталей турбинные роторы, орудийные стволы, колонны, валы различных типов.

Инструмент для свободной ковки . Кузнечный инструмент в зависимости от назначения разделяется на основной, вспомогательный и мерительный.

Основной инструмент служит для придания поковке требуемой формы. Это бойки, обжимки, раскатки, топоры, прошивки. Обжимки применяются для получения более точной формы и размеров поперечного сечения поковки. Раскатки предназначены для создания углублений и расплющивания поковки.

Вспомогательный инструмент применяется для захвата, поддержки, перемещения и вращения поковки (клещи, патроны, воротки и т.п.). Мерительный инструмент служит для контроля размеров (кронциркули, линейки, угольники, шаблоны).

Этот технологический процесс на сегодняшний день достаточно широко применяется в машиностроении, он регламентирован соответствующими государственными стандартами, техническими нормами и правилами. Состоит он в том, что предварительно разогретую до пластического состояния заготовку подвергают обработке ручным или механизированным молотом, нанося по ней в определенной последовательности целый ряд ударов, в результате которых она приобретает необходимую геометрическую конфигурацию (то есть определенную форму и размеры). Свободной ковкой этот процесс называют по той простой причине, что он предполагает свободное расширение металла при деформации в тех направлениях, которые не ограничены поверхностями инструмента.

Во время свободной ковки происходят существенные изменения не только размера и формы исходной заготовки, но также механические свойства металла, а также его структура. Как показывает практика, правильно откованный металл обладает гораздо лучшими характеристиками, чем металл литой. Те изделия, которые получаются методом свободной ковки, в технике принято называть поковками.

Что касается степени механизации свободной ковки, то она подразделяются на ручную и машинную. В настоящее время применение ручной свободной ковки весьма ограничено, и она используется обычно в небольших механических мастерских для того, чтобы изготавливать заготовки для дальнейшего производства деталей малой серии или штучных запасных частей различных машин и механизмов.

Основные операции ковки

При свободной ковке основным операциями являются осадка, гибка, прошивка, протяжка, рубка и закручивание. Применяются также и некоторые другие, достаточно специфические операции.

Под осадкой в технике подразумевается такая ковочная операция, следствием которой является увеличение поперечных размеров исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты. Именно способом осадки осуществляется поковка зубчатых колес, дисков и подобных им изделий. Для осадки используется такая оснастка, как осадочные плиты и бойки.

Одной из наиболее распространенных разновидностей осадки является высадка. Суть ее состоит в том, что за счет уменьшения высоты заготовки увеличивается сечение определенной ее части. При этом остальные участки исходной заготовки остаются практически неизменными. С помощью технологического процесса высадки получают такие разновидности поковок, как диски с бобышками, фланцы, а также местные утолщения на длинных стержнях.

Протяжкой является такое увеличение длины исходной заготовки, которое производится за счет уменьшения ее поперечного сечения. На практике операции протяжки часто предшествует осаживание. Основная область применения протяжки – это изготовление валов, колонн, рычагов и тяг.

Прошивка используется для того, чтобы получить в поковках сквозные отверстия. Для этого исходная заготовка нагревается, затем укладывается на наковальню с отверстием, и по ней специальным пробойником наносятся удары.

Гибка также является одним из широко распространенных технологических процессов изготовления различных деталей машин и механизмов, а также предметов широкого потребления. В ее процессе исходным заготовкам придается требуемая форма с использованием подкладных штампов и других приспособлений.

При рубке одна часть предварительно разогретой заготовки при помощи кузнечного топора отделяется от другой.

В условиях современного производства наиболее часто используется машинная ковка на прессах и молотах, которая имеет массу преимуществ перед ручной свободной ковкой. Она обеспечивает большую производительность и высокую точность изделий.

Свободная ковка:функциональные особенности Свободная ковка может быть ручной и машинной. При ручной ковке изготовляются только мелкие поковки. Такая ковка применяется в небольших ремонтных мастерских.

Машинная ковка является основным видом свободной ковки в области машиностроения.

Технология свободной ковки

Для изготовления поковок любой формы и размера требуется заранее разработанная технология. Благодаря ковке металл под давлением пресса или ударом молота деформируется. Деформация может быть пластической и упругой. Пластическая отличается от упругой тем, что первая остается при воздействии силы, а вторая исчезает.

Технологический процесс состоит в том, чтобы увеличить пластичность с помощью увеличения температуры. При нагреве металла сопротивление уменьшается, что способствует изменению формы металла.

Основные операции свободной ковки

Основные операции ковки: осадка, прошивка, протяжка, гибка, рубка, кузнечная сварка и закручивание.

Благодаря осадке происходит уменьшение высоты заготовки. Этот процесс помогает увеличить поперечное сечение. При этом может быть полная (осадка всей заготовки) и неполная осадка (осадка только одного места заготовки). Неполную осадку зачастую называют высадкой.

Протяжка используется для того, чтобы увеличить длину заготовки благодаря уменьшению её поперечного сечения. Процесс происходит в обжатии ударами молотка заготовки от её середины до краев.

Прошивкой называют операцию, выполняемую для того, чтобы получить отверстие в поковке. Для этого поковку нагревают, кладут над отверстием в наковальне и наносят удары по пробойнику, который устанавливается сверху.

Рубка позволяет разделить поковку на части. Заготовку с одной надрубают зубилом, а потом поворачивают на 180 градусов и отрубают.

Кузнечная сварка служит для скрепления металлических частей. Определенные места сварки нагревают до нужной температуры, а потом сваривают частями и небольшими ударами кувалдой.

Преимущества и недостатки свободной ковки

Преимуществом свободной ковки является ее универсальность в отношении форм, массы, и размеров заготовок. Также нет необходимости приобретать дорогостоящую технологическую оснастку. Такой вид ковки позволяет использовать сравнительно маломощные машин при концентрированной трате сил ковки бойками в малом объеме деформируемого металла.

Среди недостатков стоит отметить низкую производительность, низкий коэффициент использования металла. Отношение веса детали к весу поковки в среднем достигает 0,65-0,6.

Понятие ковки металла

Говоря простым языком, ковка — обработка металла, нагретого до ковочной температуры. Принцип технологии построен на физических свойствах любого материала, имеющего температуру плавления. Но прежде, чем будет достигнут этот порог, структура вещества станет более мягкой.

Каждый металл имеет свою температуру, при достижении которой он становиться более мягким, а, значит, и более податливым для обработки путем ковки.

Однако, существует также технология металлообработки, когда заготовку не нагревают, а куют холодной. Такой прием позволяет получить не менее прочные изделия, без нагревания заготовка прессуется и изгибается.В таблице указаны пределы температур, при которых тот или иной металл можно ковать.

Протяжка

Протяжка – операция ковки, предназначенная для удлинения заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения (рис. 8). Протяжку осуществляют путем хода бойка молота или пресса перпендикулярно к оси заготовки (обжимами) с ее подачей вдоль оси.

При протяжке различают переходы и проходы. Переход состоит из обжатия и подачи. Смежные переходы на длине протягиваемой заготовки составляют проход. Протяжка может быть одно-, двухпроходной и т.д., но по исполнению всегда многопереходная. Для выравнивания деформации в объеме заготовки применяют протяжку: с кантовкой заготовки после прохода на всю длину протяжки; протяжку с кантовкой в обе стороны; протяжку по винтовой линии. Последний способ более трудоемок, и его применяют в основном для ковки труднодеформируемых материалов, например инструментальных сталей.

К основным характеристикам протяжки относят относительное обжатие и относительное уширение.

Относительное обжатие – степень деформации по высоте заготовки (рис.

ис. 8. Схема протяжки: 1 – протягиваемая заготовка; 2, 3 – бойки

Относительное уширение – степень деформации по ширине заготовки:

Допустимая величина обжатия зависит от пластических свойств деформируемого металла. Малыми подачами обычно пользуются для повышения интенсивности протяжки, уменьшения уширения или увеличения максимальных обжатий. От протяжки с большими подачами возрастает неравномерность деформации, она сопровождается значительным уширением, требует повышенных энергозатрат и приводит к уменьшению относительного обжатия.

Ковку с круга на круг проводят в вырезных бойках. При этом используют комбинированные бойки: верхний – плоский, нижний – вырезной (фасонный). За счет того, что уширение в таких бойках ограничено, интенсивность вытяжки заготовки увеличивается на 20…40 %.

При протяжке заготовок прямоугольного сечения для предотвращения изгиба осаживаемой зоны заготовки в вертикальном направлении отношение высоты сечения заготовки к его ширине не должно превышать 2…2,5.

2.1. Протяжка на оправке

Эта операция является частным случаем, разновидностью операции протяжки. Протяжку на оправке применяют для увеличения длины прошитой или просверленной заготовки за счет уменьшения ее наружного диаметра и толщины стенки заготовки. Внутренний диаметр заготовки при этом изменяется незначительно. Конструкция оправки показана на рис. 9.

Рабочую часть оправки выполняют конусной с уклоном 5…12 мм на 1 м длины с буртом в зоне большего основания конуса. Бурт является упором для металла заготовки при ее обработке, а также облегчает удаление оправки из полости заготовки после завершения операции. Иногда для облегчения съема обработанной заготовки с оправки между буртом и торцем заготовки помещают кольцо, называемое муфтой. Применяют оправки сплошные и с осевым сквозным отверстием, служащим для охлаждения оправки проточной водой. Материал оправок – стали 35, 40, 40ХН, 5ХГМ и др.

При протяжке кольцевой заготовки оправку вставляют с небольшим зазором в отверстие нагретой до ковочных температур заготовки и удерживают при ковке с одного или двух концов на цепях крана.

Рис. 9. Схема протяжки пустотелой заготовки на конической оправке: 1, 2 – бойки; 3 – оправка; 4 – обрабатываемая заготовка

Протяжку на оправке применяют для изготовления сосудов высокого давления, корпусов химических реакторов, котлов и других ответственных деталей различных устройств.

Оборудование и инструменты

Многовековое развитие такого вида металлообработки привело к появлению огромного количества инструментов и приспособлений. Но горячая ковка металла сохранила ту же технологическую линию, как и тысячи лет назад: нагревание, закрепление, деформация, закалка.
При изготовлении кованых изделий ручным способом используют практически те же наборы инструментов и оборудования, которые применяли мастера с зарождения этой технологии. Список следующий.

Кузнечный очаг → ПОСМОТРЕТЬ на AliExpress
Наковальня → ПОСМОТРЕТЬ на AliExpress
Клещи.
Молот → ПОСМОТРЕТЬ на AliExpress

Кузнечный очаг или горн используется для нагревания материала до нужной температуры. Существует множество различных видов этого оборудования.

Стационарные и переносные.
Закрытые и открытые очаги.
Топливные или электрические.
Жидкостные, газо- или твердотопливные.
С боковыми соплами подачи воздуха или центральной фурмой.

Наковальни — это массивные металлические столы, где собственно и происходит формирование заготовки. Состоят из основания, рога и наличника с отверстиями для гибки. Существует несколько разновидностей этого кузнечного приспособления, однако обязательно наличие стальной опоры с весом от 30 килограмм.

Клещи в ручной ковке мастер использует для оперирования заготовкой в процессе работы.

Молоты — основной инструмент, использующийся в кузнечном деле, могут иметь различную массу для работы с разными по габаритам заготовками.

Осадка

Осадкой называют технологическую операцию, позволяющую уменьшить высоту исходной заготовки с одновременным увеличением площади ее поперечного сечения. Осадку применяют, например, для решения следующих задач:

увеличения диаметра поперечного сечения исходной заготовки, у которой достаточен объем, но мал диаметр;
раздробления, измельчения исходной крупнозернистой структуры металла заготовки, в том числе в сталях карбидного класса (например, инструментальных) снижения балла карбидной неоднородности (измельчения карбидов, обеспечив более равномерное их распределение в объеме поковки);
получения текстуры деформации (волокна определенного направления) для повышения служебных характеристик изготавливаемой детали;
выравнивания механических свойств вдоль и поперек оси поковки;
заваривания имеющихся в металле флокенов;
выполнения параллельными друг другу торцев поковки, например перед последующим образованием в поковке отверстия;
удаления окалины перед дальнейшим деформированием заготовки. Цилиндрические заготовки в результате осадки принимают бочкообразную форму (рис. 1), квадратные получают искажение поперечных сечений, которые из квадрата стремятся трансформироваться в круг.

Рис. 1. Схема осадки: а – исходное положение заготовки перед осадкой; б – процесс осадки; Н и D – высота и диаметр исходной заготовки соответственно; Н1 и D1 – соответственно высота и средний диаметр заготовки после осадки; D1 max – максимальный диаметр заготовки; τ – силы трения на контактных поверхностях; Р – сила осадки

Рис. 2. Зоны деформации в осаживаемой цилиндрической заготовке

Основной причиной искажения формы являются силы трения, возникающие в зонах контакта торцев заготовки с жесткими поверхностями машины – орудия (пресса, молота). Этому способствует также подхолаживание торцев заготовки при их контакте, например, с холодными бойками.

Зона III выходит на боковые поверхности заготовки. Интенсивность деформации в этой зоне больше, чем в первой, и меньше, чем во второй зоне. В зоне III возникают растягивающие напряжения, которые ограничивают максимальную степень деформации заготовки при осадке и являются инициаторами образования трещин на ее боковой, бочкообразной поверхности при увеличении деформации сверх предельной.

Степень деформации определяют по выражению ε = ΔН / Н , которая может изменяться от 0 до 1. Допустимая степень деформации определяется свойствами материала заготовки при температуре осадки.

Диаметр поковки D1 определяют без учета бочкообразности по выражению

где Vз – объем исходной цилиндрической заготовки.

В зависимости от интенсивности нанесения ударов по заготовке, например молотом, степени деформации осаживаемой заготовки, величины трения, действующего по торцам заготовки, последняя приобретает различную бочкообразность, как показано на рис. 3.

Двойная бочка с цилиндрической частью (рис. 3, в) образуется при малой степени осадки. В ходе дальнейшей осадки диаметр цилиндрической части возрастает и заготовка принимает форму цилиндра, к которому примыкают концевые участки в виде усеченных конусов (рис. 3, г).

Успешно осадить можно такую заготовку, высота Н которой не превышает трех диаметров D. Обычно высоту выбирают равной 2,5D. Бóльшие отношения могут привести к продольному изгибу заготовки и необходимости ее выравнивания.
Торцы осаживаемой заготовки должны быть по возможности гладкими, параллельными друг другу и перпендикулярными к ее оси (чем выше заготовка, тем важнее это условие). Выравнивание торцев проводят легкими ударами молота или несильными нажатиями пресса.
Для снижения степени бочкообразования поковки применяют подогрев осадочных плит (бойков), в отдельных случаях между торцами заготовки и осадочными плитами (бойками) помещают прокладки из пластичной стали или цветных металлов, используют различные смазки (рис. 4).
Заготовка перед осадкой должна быть равномерно прогрета до максимально допустимых температур (верхняя граница температурного интервала ковки).
При осадке на молоте необходимо учитывать, что чем длиннее заготовка, тем меньше будет рабочий ход молота, а следовательно, и меньше энергия удара. Поэтому необходимо, чтобы перед ударом оставалось не менее 1/4 полного хода бабы молота.
При осадке следует избегать критических степеней деформации, учитывать диаграмму рекристаллизации обрабатываемого материала.

Рис. 4. Схемы осадки, снижающие или устраняющие образование бочки при осадке: а – осадка заготовки 1 с применением высокопластичных сплошных прокладок 2; б – то же, с использованием кольцевых прокладок; в – технологическая последовательность осадки двух заготовок с поворотом и сменой взаимного положения

1.1. Разновидности осадки

Высадка – осадка части заготовки (рис. 5). Высадкой получают утолщение концевой или срединной зоны заготовки. Перед высадкой торцевой части заготовки нагревают только зону высадки, а при высадке срединной части – срединную часть заготовки, подвергаемую высадке.

Рис. 5. Высадка верхнего участка заготовки: 1 – боек молота; 2 – заготовка после высадки; 4 – матрица (подкладное кольцо)

Холодные зоны заготовок обеспечивают передачу деформирующей силы нагретым участкам заготовок.

В настоящее время выпускают гидравлические прессы, оснащенные устройствами, заменяющими функцию стальной раскачиваемой штанги.

Рис. 7. Осадка в подкладных кольцах с затеканием металла в полости колец: 1, 2 – бойки; 3, 4 – подкладные кольца; 5 – осаженная заготовка

Осадку в подкладных кольцах применяют для изготовления заготовок – поковок при производстве крупногабаритных зубчатых колес, турбинных дисков с бобышками с двух сторон и тому подобных деталей. При этом заготовки осаживают или с предварительной ковкой хвостовиков, которые помещают в отверстия колец, или с затеканием металла в отверстия колец (рис. 7).

Виды кузнечной обработки

Существуют основные виды ковки металла:

Свободная.
Машинная.
Штамповка.

Свободная ковка подразумевает то, что заготовки не ограничены никакими формами. Или же материал будет закреплен с одной стороны на наковальне. К этому технологическому приему относиться и ручная ковка металла, когда изделию придают форму, используя кувалду или молоток. Свободная ковка применяется как для производства отдельных продуктов, так и просто для улучшения качества материала.

При проковке поверхности заготовки улучшается свойство металла. Крупные кристаллы материала размельчаются, структура станет более мелкозернистой и однородной. К тому же, при поковке завариваются внутренние раковины, упрочняя тело заготовки.

Машинная ковка — более современный вариант обработки. Такая технология используется в массовой, тяжелой промышленности. При этом используют механизированные молоты (с массой от 40 килограмм до 5 тонн), ковочные машины или прессы. Вес заготовок и конечных поковок порой может достигать нескольких десятков тонн.

ПОСМОТРЕТЬ Индукционный нагреватель на AliExpress →

Штамповка. Такой технологический прием позволил сделать производство массовым. При изготовлении изделий металл ограничивается штампами и при деформации получает нужную форму.

Штамповка используется в массовом производстве, где важно получить большое количество продукции. Свободная ковка, как правило, используется в мелкосерийном и единичном производстве.

Путать ковку со сваркой могут, наверное, только те, кто крайне далек от темы обработки металлов. Но разбираться в базовых понятиях может быть полезно и неспециалисту. А еще более интересно будет разобраться в том, что привлекает и может стать средством заработка. Кованые изделия действительно востребованы, и предела совершенству в их изготовлении нет.

Что это такое?

Если очень коротко, то ковка – это такой способ обработки металла, после которого этот металл меняется. Он нагревается до так называемой ковочной температуры, становится пластичным, что и использует специалист для придания новых форм заготовкам. Каждому металлу присущи свои характеристики, в том числе и уровень ковочной температуры.

В XX веке кузнечное дело утратило свой вес. Производство стало унифицированным, появилось прокатное и штамповочное оборудование, а потом добавилась еще и компьютеризация процесса. Кузнечное дело слабо конкурировало в индустрии, но конец эпохи еще не настал. Массовое производство оказалось таким привычным людям третьего тысячелетия, что они иначе взглянули на ручной труд. И оказалось, что кованые лестницы, ограды, всевозможные архитектурные и дизайнерские элементы – это красиво, в этом есть особый шик.

Потом ковка металла удачно интегрировалась с компьютерным проектированием, в специальных 3D-конструкторах стали разрабатывать кованые изделия для самых разных целей. Свободную ковку сегодня используют для многих видов металла, ее методом делают предметы обихода, а также те объекты, которые можно назвать высокохудожественными. Мало кто задумывался об этом, но ковка применима и в ювелирной сфере.

Наиболее ковким металлом является золото: оно очень пластично, тягуче, текуче, податливо процессу ковки.

Итак, эта технология стара как мир, переживала упадок, но возродилась и подчинила себе инновационные ресурсы. А принцип технологии ковки элементарен, он основывается на физических свойствах любого материала, обладающего температурой плавления. Например, железо плавится при 800-1200 градусах, ковочная температура меди – 100-600 градусов, а алюминия – 400-480.

Обзор видов

Это будет интересным даже для тех, кто о ковке не знает почти ничего. А еще это небольшой ликбез по физике.

Свободная

Она осуществима, если металл разогрелся до нужного уровня. Кстати, свободная ковка и горячая ковка – это одно и то же. Долгое время (почти всегда) это был единственно возможный способ изготовления кованых элементов. Горячая ковка – это нагревание металла до той температуры, когда он начинает быть пластичным, и тогда его обработка ударным инструментом становится простой (относительно, конечно). Материал податлив и принимает нужные мастеру формы. В свободной ковке используются особые технологии металлообработки, которые дают максимально широкое поле выбора мастеру.

И все же этот метод не обходится без недостатков. Например, чтобы нагреть металл, потребуется горн либо муфельная печка. Это дорого, требует организации особого помещения, а также подобное оборудование не так легко содержать и обслуживать. А ведь еще и топливо приобретать необходимо. Наконец, это открытый источник огня, а значит, мастер, работающий с ковкой, должен предельно точно соблюдать все меры безопасности. Не говоря уже о том, что он не может работать без специальных навыков, знаний о температурных параметрах разных металлов.

Машинная

Под этим термином понимается деформация сплавов, которая происходит с применением автоматических молотов либо гидравлики, прессов, падающих с огромным весом (доходит до 5 тонн). И вес поковок после такого вида ковки может равняться 100 тоннам, и даже это не предел. То есть для данного типа ковки необходимы и очень крутые подъемные механизмы, и разнокалиберные манипуляторы. Но при этом такой способ ковки считается самым экономичным. И она действительно экономически целесообразна, если надо получить фасонные заготовки из стали, механические свойства которых будут очень высоки.

Это касается и мелкосерийного, и индивидуального производства.

Штамповка

Именно благодаря такому технологическому производственному приему ковка стала массовой. Металл в своем преображении оказывается ограничен штампами, деформируясь, он получает нужную форму. Там, где надо получить много кованой продукции и быстро, применяют штамповку. В сравнении с той же свободной ковкой у штамповки производительность будет выше в десятки раз. При этом квалификация занятых на производстве рабочих – ниже. А еще штамповка позволяет достичь большей точности размеров и чистоты поверхности поковок.

Штамповка бывает горячей и холодной. При горячей штамповке процесс формообразования завязан на штампах. Их рабочие полости, которые называются ручьями, допускают течение материала лишь в заданном направлении и до ограниченных пределов, а значит, в результате такого процесса получится поковка по форме и размерам только одного вида. Еще ее называют принудительной.

Необходимые инструменты

Инструментов и приспособлений, участвующих в ковке, множество. Каждый новоизобретенный инструмент был обязан упростить для мастера процесс ковки, усовершенствовать его. Но некоторые инструменты фактически не меняются, по принципу действия и назначения они с мастерами уже много столетий. Это кузнечный очаг, наковальня, молот и клещи.

Кузнечные очаги бывают:

переносными и стационарными;
закрытыми и открытыми;
электрическими и работающими на топливе;
жидкостными, задействующими твердое топливо и газотопливными;
имеющими боковые сопла топливной подачи и с центральной фурмой.

Как выглядит наковальня, наверное, представляют и неспециалисты в кузнечном деле. Наковальня – это такой большой металлический стол, где и формируется сама заготовка. Это в каком-то смысле рабочее поле кузнеца. Стол включает основание, рог и наличник, имеющий отверстия под гибку. Видов наковален тоже много, но у каждой обязана быть стальная опора, весящая не менее 30 кг.

Если говорить о материалах, так самые первые кованые изделия изготавливали из меди. Когда-то этот вид металла был самым распространенным с точки зрения самородных материалов. Да еще и по ковкости лучше меди материала не найти, ведь ее можно ковать даже на 100 градусах, и первобытным мастерам такие температурные разбежки были вполне доступны.

Уже потом люди принялись за ковку железа и бронзы.

Технология

А теперь можно немного углубиться в физику процесса, она доступна (хотя бы для осмысления) даже в домашних условиях. Тем, кто собирается ковать своими руками, такие знания нужны непременно. Главное правило кузнеца – как нагреешь, так и пойдет. То есть сначала металлическую заготовку надо нагреть, и нагреть качественно. Для этого и нужен горн или нагревательная печь: что именно, зависит от типа заготовки.

Что делать дальше, расскажем в инструкции.

Когда продукт уже в печке, нагрев нужно плавно нагнетать. Конечно же, контролируя процесс. Тут выстраивается прямая зависимость: чем выше будет температура, тем пластичнее и мягче станет заготовка.
Но и перегрева надо всячески избегать. Чем выше нагревается металл, тем яснее угроза образования кристаллов, обладающих слабыми связями. А значит, после ковки сплав может быть хрупким, с заметными трещинами и даже надрывами. Речь идет уже о перегреве металла.
Если же температура будет, напротив, малой, с заготовками просто нереально окажется работать. Надрывы и трещины никуда не денутся.
Вынутую из печки заготовку непременно предстоит уплотнить, потому что внутри детали могут быть пустоты (металл на самом деле не на 100% однороден). А уплотняют заготовку молотком: им бьют от середины детали к концам.
Подготовка молотом – это первое действие, которое фактически приводит в порядок сплав, то есть уплотняет его. Далее идут сугубо специальные действия. Из металла на рассматриваемом этапе можно получить цилиндры (пустотелые либо сплошные), а еще кольца, плоские заготовки и т. д. А чтобы сделать, например, вытягивание, надо обжимать деталь несколько раз, металл должен перемещаться по оси. Если заготовка очень большая, работают с частями: сначала с нижней частью, потом с остатком. Вариантов заготовок очень много. Как и, собственно, способов ковки. И задача кузнеца заключается в том, чтобы выбрать лучший из них.
Далее следует этап окончательной отделки. До этого заготовку можно назвать не более чем металлическим черновиком из-за ее неровности, грубоватой поверхности и несовпадения с размерами, которые ожидаются изначально. Деталь очищают зубилом, потом по всей поверхности хорошенько проходятся молотом. Потом нужно проверить спецлинейками размеры и неровности, ориентируясь на коррекцию того, что не получилось сразу.
Дальнейшим состоянием металла будет снижение тягучести детали, она начнет затвердевать. И это ключевой момент всего процесса, потому что трещины чаще всего появляются именно на данном этапе (это связано с малой подвижностью материала и нарушениями связей меж частицами).
Чем больше заготовка, тем сложнее она будет остывать. Способны возникать внутренние натяжения, что чревато явно нежелательными деформациями. А чтобы такого не случилось, элемент отправляется в горячий мусор. И сделать это надо, пока деталь еще красная. Это если процесс относительно прост, а если же уровень сложности повыше, понадобится еще один отжиг.

Мастера говорят, что ковку можно назвать искусством компромисса.

Мало знать главные операции, надо еще и уметь определять способ ковки, форму и вид инструментов, подбирать актуальное и наиболее рациональное для каждой конкретной задачи действие. И еще нужно уметь видеть наперед, прогнозировать результат. Конечно, все это приходит с опытом.

Применение

Ковка ориентирована именно на мелкосерийное или единичное производство. В чем-то она лучше литья: наверное, в меньшей трудоемкости и длительности процесса, в разности температур и выборе инструментария. Для литья, например, требуются очень мощные (а значит, и очень дорогие) печи.

В быту кованые изделия используются очень активно. Они украшают интерьер: от кованых подставок и подсвечников до вешалок и больших декоративных композиций. Очень популярны сейчас кованые корзины для дров: они выглядят очень гармонично в интерьере, где есть печка или камин.

Шикарно и убедительно смотрятся двери с элементами ковки, мебель: кресла, кровати, скамьи. Кованые часы очень облагораживают интерьер или уличное оформление дома. А лестницы из кованого металла – это еще и вложение на долгие десятилетия, они вне моды и времени. Беседки, ограждения, ворота тоже идеально смотрятся в кованом виде.

Словом, актуальности запроса на кованые изделия пока ничто не угрожает. Это всегда изящная ручная работа, красивая и очень прочная, эксклюзивная (в большинстве случаев) и интересная как мастеру в процессе изготовления, так и заказчику.

Читайте также: