Ковка
Ковка — это производственный процесс , включающий формование металла с использованием локализованных сжимающих усилий. Удары наносятся молотком ( часто механическим молотком ) или кулачком . Ковку часто классифицируют в зависимости от температуры, при которой она выполняется: холодная ковка (вид холодной обработки ), теплая ковка или горячая ковка (вид горячей обработки ). Для последних двух металл нагревают , обычно в кузнице . Кованые детали могут иметь вес от менее килограмма до сотен метрических тонн. [1] [2] Ковка выполнялась кузнецами на протяжении тысячелетий; Традиционными товарами были кухонная утварь , скобяные изделия , ручные инструменты , холодное оружие , тарелки и ювелирные изделия .
Со времен промышленной революции кованые детали широко используются в механизмах и машинах, где от детали требуется высокая прочность ; такие поковки обычно требуют дальнейшей обработки (например, механической обработки ) для получения готовой детали. Сегодня ковка является важной мировой отраслью. [3]
История
[ редактировать ]Ковка — один из старейших известных процессов металлообработки . [1] Традиционно ковка выполнялась кузнецом с использованием молота и наковальни , хотя введение силы воды в производство и обработку железа в 12 веке позволило использовать большие молотки или силовые молотки, что увеличивало количество и размер железа, которое можно было производить. и подделано. Кузница или кузница на протяжении веков развивалась и превратилась в предприятие с технологическими процессами, производственным оборудованием, инструментами, сырьем и продукцией, отвечающими требованиям современной промышленности.
В наше время промышленная ковка осуществляется либо с помощью прессов , либо молотов, приводимых в движение сжатым воздухом, электричеством, гидравликой или паром. Эти молотки могут иметь возвратно-поступательный вес в тысячи фунтов. меньшего размера мощные молоты В художественных кузницах также распространены , с возвратно-поступательным весом 500 фунтов (230 кг) или меньше, а также гидравлические прессы. Некоторые паровые молоты продолжают использоваться, но они устарели с появлением других, более удобных источников энергии.
Процессы
[ редактировать ]
Существует множество различных видов процессов ковки; однако их можно сгруппировать в три основных класса: [1]
- Вытянутое: длина увеличивается, поперечное сечение уменьшается.
- Расстроено: длина уменьшается, сечение увеличивается.
- Сжатие в закрытых пресс-формах: обеспечивает разнонаправленный поток.
Обычные процессы ковки включают: валковую ковку, обжимку , зубчатую штамповку , ковку в открытых штампах, ковку в штампах (ковка в закрытых штампах), ковку на прессе, холодную ковку, автоматическую горячую ковку и осадку. [1] [4]
Температура
[ редактировать ]Все следующие процессы ковки можно выполнять при различных температурах; однако их обычно классифицируют по тому, находится ли температура металла выше или ниже температуры рекристаллизации. [5] Если температура выше температуры рекристаллизации материала, ковка считается горячей ; если температура ниже температуры рекристаллизации материала, но выше 30% температуры рекристаллизации (по абсолютной шкале), то ковка считается теплой ; если температура рекристаллизации ниже 30% (обычно комнатная), то это считается холодной ковкой . Основное преимущество горячей ковки состоит в том, что ее можно выполнить быстрее и точнее, а по мере деформации металла эффекты наклепа сводятся на нет процессом рекристаллизации. Холодная ковка обычно приводит к упрочнению детали. [6] [7]
Прямая ковка
[ редактировать ]Ковка методом выдавливания — это процесс ковки, при котором молоток поднимают, а затем «опускают» в заготовку, чтобы деформировать ее в соответствии с формой штампа. Существует два типа штамповки: штамповка в открытом штампе и штамповка в штампе (или закрытом штампе). Как следует из названия, разница заключается в форме матрицы: первая не полностью охватывает заготовку, а вторая - полностью.
Ковка в открытом штампе
[ редактировать ]
Ковка в открытых штампах также известна как кузнечная ковка . [8] При ковке в открытом штампе молоток ударяет и деформирует заготовку, помещенную на неподвижную наковальню . Ковка в открытых штампах получила свое название из-за того, что штампы (поверхности, соприкасающиеся с заготовкой) не окружают заготовку, позволяя ей течь, за исключением тех случаев, когда они соприкасаются с штампами. Поэтому оператору необходимо сориентировать и расположить заготовку, чтобы получить желаемую форму. Матрицы обычно имеют плоскую форму, но некоторые имеют поверхность специальной формы для специализированных операций. Например, матрица может иметь круглую, вогнутую или выпуклую поверхность, быть инструментом для формирования отверстий или отрезным инструментом. [9] Из поковок в открытых штампах можно обрабатывать диски, ступицы, блоки, валы (включая ступенчатые валы или с фланцами), втулки, цилиндры, лыски, шестигранники, круги, пластины и некоторые нестандартные формы. [10] Ковка в открытых штампах подходит для небольших тиражей и подходит для художественной кузнечного дела и индивидуальной работы. можно использовать ковку в открытых штампах В некоторых случаях для черновой обработки слитков и подготовить их к последующим операциям. Ковка в открытых штампах также может ориентировать зерно для увеличения прочности в необходимом направлении. [9]
Преимущества свободной ковки
[ редактировать ]- Уменьшена вероятность образования пустот
- Лучшее сопротивление усталости
- Улучшенная микроструктура
- Непрерывный поток зерна
- Более мелкий размер зерна
- Большая сила [11]
- Лучшая реакция на термическую обработку [12]
- Улучшение внутреннего качества
- Повышенная надежность механических свойств, пластичности и ударопрочности.
" Зубчатая обработка - это последовательная деформация прутка по его длине с использованием кузницы с открытым штампом. Его обычно используют для обработки куска сырья до нужной толщины. Как только необходимая толщина достигнута, необходимая ширина достигается за счет «окантовки ". [13] " Обрезка кромки — это процесс концентрации материала с помощью открытой матрицы вогнутой формы. Процесс называется «окантовкой», потому что его обычно проводят на торцах заготовки». Фуллеровка » — аналогичный процесс, при котором участки поковки утончаются с помощью штампа выпуклой формы. Эти процессы подготавливают заготовки к дальнейшим процессам ковки. [14]
-
окантовка -
Фуллеринг
Штамповочная штамповка
[ редактировать ]Ковку в штампах также называют «ковкой в закрытых штампах». При штамповочной ковке металл помещают в штамп, напоминающий форму, прикрепленную к наковальне. Обычно молотку также придают форму. Затем молоток роняют на заготовку, заставляя металл течь и заполнять полости матрицы. Обычно молоток контактирует с заготовкой в течение миллисекунд. В зависимости от размера и сложности детали молоток можно ронять несколько раз подряд. Избыток металла выдавливается из полостей штампа, образуя так называемую « обложку ». Вспышка остывает быстрее, чем остальной материал; этот холодный металл прочнее, чем металл в штампе, поэтому он помогает предотвратить образование большего количества бликов. Это также заставляет металл полностью заполнить полость матрицы. После ковки обшивка удаляется. [8] [15]
При коммерческой ковке в штампах заготовка обычно перемещается через ряд полостей в матрице, чтобы получить от слитка окончательную форму. Первый оттиск используется для распределения металла по черновой форме в соответствии с потребностями последующих полостей; этот отпечаток называется «окантовочным», «валленым» или «изгибным». Следующие полости называются «блокирующими» полостями, в которых заготовке придается форма, более похожая на конечный продукт. Эти этапы обычно придают заготовке широкие изгибы и большие скругления . Окончательная форма выковывается в «окончательной» или «финишной» слепочной полости. Если необходимо изготовить лишь небольшой тираж деталей, то, возможно, будет более экономично, если в штампе не будет полости для окончательного оттиска, а вместо этого будет обработана окончательная обработка деталей. [16]
В последние годы штамповка в штампах была усовершенствована за счет увеличения автоматизации, которая включает индукционный нагрев, механическую подачу, позиционирование и манипуляции, а также прямую термообработку деталей после ковки. [17] Один из вариантов ковки в штампах называется «беззаплавной ковкой» или «настоящей ковкой в закрытых штампах». При этом виде ковки полости штампа полностью закрыты, что предотвращает образование заусенцев в заготовке. Основным преимуществом этого процесса является то, что при вспышке теряется меньше металла. Флэш может составлять от 20 до 45% исходного материала. К недостаткам этого процесса относятся дополнительные затраты из-за более сложной конструкции штампа и необходимость лучшей смазки и размещения заготовки. [16]
Существуют и другие варианты формирования деталей, включающие ковку в штампах. Один из способов заключается в отливке поковочной заготовки из жидкого металла. Отливку снимают после ее затвердевания, но еще горячей. Затем он обрабатывается в штампе с одной полостью. Заусенец обрезается, затем деталь подвергается закалке. Другой вариант следует тому же процессу, который описан выше, за исключением того, что заготовка изготавливается путем распыления капель металла в коллекторы определенной формы (аналогично процессу Osprey ). [17]
Ковка в закрытых штампах имеет высокие первоначальные затраты из-за создания штампов и необходимости проектных работ по изготовлению полостей рабочих штампов. Тем не менее, он имеет низкие текущие затраты на каждую деталь, поэтому поковки становятся более экономичными при большем объеме производства. Это одна из основных причин, по которой поковки в закрытых штампах часто используются в автомобильной и инструментальной промышленности. Другая причина, по которой поковки распространены в этих отраслях промышленности, заключается в том, что поковки обычно имеют примерно на 20 процентов более высокое соотношение прочности к весу по сравнению с литыми или обработанными деталями из того же материала. [16]
Проектирование штампованных поковок и оснастки
[ редактировать ]Ковочные штампы обычно изготавливаются из высоколегированной или инструментальной стали . Штампы должны быть ударо- и износостойкими, сохранять прочность при высоких температурах и обладать способностью выдерживать циклы быстрого нагрева и охлаждения. Для производства более качественных и экономичных штампов соблюдаются следующие стандарты: [17]
- По возможности штампы раздвигаются по одной плоской плоскости. В противном случае плоскость разъема повторяет контур детали.
- Поверхность разъема представляет собой плоскость, проходящую через центр поковки, а не возле верхнего или нижнего края.
- адекватная тяга Предусмотрена ; обычно не менее 3° для алюминия и от 5° до 7° для стали.
- Используются большие скругления и радиусы.
- Ребра низкие и широкие.
- Различные секции сбалансированы, чтобы избежать значительной разницы в потоке металла.
- В полной мере используются линии подачи волокон.
- Размерные допуски не ближе, чем необходимо.
Бочкообразование происходит, когда из-за трения между заготовкой и штампом или пуансоном заготовка выпячивается в своем центре таким образом, что напоминает бочку . Это приводит к тому, что центральная часть заготовки вступает в контакт с боковыми сторонами штампа раньше , чем в случае отсутствия трения, что приводит к гораздо большему увеличению давления, необходимого для пуансона для завершения ковки.
Допуски размеров стальной детали, изготовленной методом штамповой штамповки, указаны в таблице ниже. На размеры поперек плоскости разъема влияет закрытие штампов и, следовательно, они зависят от износа штампа и толщины окончательного заусенца. Размеры, которые полностью содержатся в одном сегменте или половине матрицы, могут поддерживаться со значительно более высоким уровнем точности. [15]
| Масса [кг (фунт)] | Минус допуск [мм (дюйм)] | Плюс допуск [мм (дюйм)] |
|---|---|---|
| 0.45 (1) | 0.15 (0.006) | 0.46 (0.018) |
| 0.91 (2) | 0.20 (0.008) | 0.61 (0.024) |
| 2.27 (5) | 0.25 (0.010) | 0.76 (0.030) |
| 4.54 (10) | 0.28 (0.011) | 0.84 (0.033) |
| 9.07 (20) | 0.33 (0.013) | 0.99 (0.039) |
| 22.68 (50) | 0.48 (0.019) | 1.45 (0.057) |
| 45.36 (100) | 0.74 (0.029) | 2.21 (0.087) |
При ковке используется смазка для уменьшения трения и износа. Он также используется в качестве теплового барьера для ограничения передачи тепла от заготовки к штампу. Наконец, смазка действует как разделительный состав, предотвращая прилипание детали к штампам. [15]
Прессовая ковка
[ редактировать ]Ковка на прессе происходит путем медленного приложения постоянного давления или силы, что отличается от почти мгновенного воздействия при ковке с помощью молота. Время, в течение которого штампы находятся в контакте с заготовкой, измеряется в секундах (по сравнению с миллисекундами в кузницах с ударным молотом). Операция штамповки на прессе может выполняться как в холодном, так и в горячем виде. [15]
Основным преимуществом ковки на прессе по сравнению с ковкой на молоте является способность деформировать всю заготовку. Ковка с ударным молотом обычно деформирует только поверхности заготовки, контактирующие с молотком и наковальней; внутренняя часть заготовки останется относительно недеформированной. Еще одним преимуществом этого процесса является знание скорости деформации новой детали. Контролируя степень сжатия при штамповке на прессе, можно контролировать внутреннюю деформацию.
У этого процесса есть несколько недостатков, большинство из которых связаны с тем, что заготовка находится в контакте со штампами в течение такого длительного периода времени. Операция является трудоемким процессом из-за количества и длины шагов. Заготовка остынет быстрее, поскольку матрицы соприкасаются с заготовкой; матрицы способствуют значительно большей теплопередаче, чем окружающая атмосфера. По мере охлаждения заготовка становится более прочной и менее пластичной, что может привести к растрескиванию, если деформация продолжится. Поэтому нагретые штампы обычно используются для уменьшения теплопотерь, улучшения поверхностного течения и обеспечения возможности изготовления более мелких деталей и более жестких допусков. Возможно, заготовку также потребуется повторно нагреть.
При высокой производительности ковка на прессе более экономична, чем ковка на молоте. Эта операция также создает более жесткие допуски. При молотковой ковке большая часть работы выполняется оборудованием; при ковке на прессе больший процент работы используется в заготовке. Еще одним преимуществом является то, что эту операцию можно использовать для создания детали любого размера, поскольку размер ковочного пресса не ограничен. Новые методы штамповки на прессе позволили обеспечить более высокую степень механической и ориентационной целостности. За счет ограничения окисления внешних слоев детали в готовой детали снижается уровень микротрещин. [15]
Ковка на прессе может использоваться для выполнения всех видов ковки, включая ковку в открытых штампах и штампах. Ковка на штамповом прессе обычно требует меньшей вытяжки, чем штамповка, и имеет более высокую точность размеров. Кроме того, поковку на прессе часто можно выполнить за одно закрытие матрицы, что позволяет легко автоматизировать процесс. [18]
Расстроенная ковка
[ редактировать ]Расстроенная ковка увеличивает диаметр заготовки за счет сжатия ее длины. [18] Судя по количеству произведенных деталей, это наиболее широко используемый процесс ковки. [18] Несколькими примерами распространенных деталей, производимых с использованием процесса высадки, являются клапаны двигателя, муфты, болты, винты и другие крепежные детали.
Ковку с высадкой обычно производят на специальных высокоскоростных машинах, называемых кривошипными прессами . Машины обычно устанавливают для работы в горизонтальной плоскости, чтобы облегчить быструю смену заготовок с одной станции на другую, но высадку можно производить и на вертикальном кривошипном прессе или гидравлическом прессе. Исходной заготовкой обычно является проволока или стержень, но некоторые машины могут принимать прутки диаметром до 25 см (9,8 дюйма) и грузоподъемностью более 1000 тонн. В стандартной осадочной машине используются разъемные матрицы, содержащие несколько полостей. Матрицы открыты достаточно, чтобы заготовка могла перемещаться из одной полости в другую; Затем матрицы закрываются, и направляющий инструмент или плунжер перемещается в продольном направлении к стержню, выталкивая его в полость. Если все полости используются в каждом цикле, то готовая деталь будет производиться в каждом цикле, что делает этот процесс выгодным для массового производства. [18]
При проектировании деталей, подлежащих высадке, необходимо соблюдать следующие правила: [19]
- Длина неподдерживаемого металла, который можно опрокинуть одним ударом без опасного коробления, должна быть ограничена тремя диаметрами стержня.
- Заготовки, длина которых превышает диаметр заготовки в три раза, могут быть успешно высажены при условии, что диаметр высаженной заготовки не более чем в 1,5 раза превышает диаметр заготовки.
- При высадке, требующей длины заготовки, превышающей в три раза диаметр заготовки, и когда диаметр полости не более чем в 1,5 раза превышает диаметр заготовки, длина незакрепленного металла за торцом матрицы не должна превышать диаметр стержня.
Автоматическая горячая ковка
[ редактировать ]Автоматический процесс горячей ковки включает в себя подачу стальных стержней прокатной длины (обычно длиной 7 м (23 фута)) в один конец машины при комнатной температуре, а с другого конца выходят изделия горячей ковки. Все это происходит быстро; мелкие детали могут изготавливаться со скоростью 180 частей в минуту (ppm), а более крупные - со скоростью 90 ppm. Детали могут быть сплошными или полыми, круглыми или симметричными, весом до 6 кг (13 фунтов) и диаметром до 18 см (7,1 дюйма). Основными преимуществами этого процесса являются высокая производительность и возможность использования недорогих материалов. Для эксплуатации оборудования требуется мало рабочей силы.
При этом не образуется заусенец, поэтому экономия материала составляет от 20 до 30 % по сравнению с обычной ковкой. Конечный продукт имеет постоянную температуру 1050 ° C (1920 ° F), поэтому охлаждение на воздухе приведет к тому, что деталь по-прежнему легко поддается механической обработке (преимущество заключается в отсутствии необходимости отжига после ковки). Допуски обычно составляют ±0,3 мм (0,012 дюйма), поверхности чистые, а углы уклона составляют от 0,5 до 1°. Срок службы инструмента почти вдвое выше, чем у обычной ковки, поскольку время контакта составляет порядка 0,06 секунды. Обратной стороной является то, что этот процесс возможен только для небольших симметричных деталей и имеет высокую стоимость; первоначальные инвестиции могут превышать 10 миллионов долларов, поэтому для оправдания этого процесса требуются большие объемы. [20]
Процесс начинается с нагрева стержня до температуры от 1200 до 1300 °C (от 2190 до 2370 °F) менее чем за 60 секунд с использованием мощных индукционных катушек. Затем с него удаляют окалину с помощью валков, разрезают на заготовки и передают через несколько последовательных стадий формования, в ходе которых его высаживают, предварительно формуют, окончательно проковывают и прокалывают (при необходимости). Этот процесс также можно сочетать с высокоскоростными операциями холодной штамповки. Как правило, операция холодной штамповки является завершающим этапом, чтобы можно было получить преимущества холодной обработки, сохраняя при этом высокую скорость автоматической горячей штамповки. [21]
Примерами деталей, изготовленных с помощью этого процесса, являются: подшипники ступиц колес, трансмиссионные шестерни, кольца конических роликовых подшипников, соединительные фланцы из нержавеющей стали и горловые кольца для газовых баллонов с жидким пропаном (LP). [22] Механические трансмиссии являются примером автоматической горячей ковки, используемой в сочетании с холодной обработкой. [23]
Валковая ковка
[ редактировать ]Валковая ковка — это процесс, при котором круглая или плоская заготовка уменьшается в толщине и увеличивается в длине. Проковку валков выполняют с помощью двух цилиндрических или полуцилиндрических валков, каждый из которых содержит одну или несколько фасонных канавок. Нагретый пруток вставляется в валки, и когда он попадает в определенное место, валки вращаются, и пруток постепенно приобретает форму по мере его прокатки через машину. Затем деталь переносится на следующий набор канавок или разворачивается и снова вставляется в те же канавки. Так продолжается до тех пор, пока не будет достигнута желаемая форма и размер. Преимущество этого процесса заключается в отсутствии обломков и придании заготовке благоприятной зернистой структуры. [24]
Примеры продукции, произведенной с использованием этого метода, включают оси , конические рычаги и листовые рессоры .
Поковка сетчатой и почти сетчатой формы
[ редактировать ]Этот процесс также известен как прецизионная ковка . Он был разработан для минимизации затрат и отходов, связанных с операциями после ковки. Таким образом, конечный продукт прецизионной ковки практически не требует окончательной обработки. Экономия затрат достигается за счет использования меньшего количества материала и, следовательно, меньшего количества отходов, общего снижения потребляемой энергии и сокращения или исключения механической обработки. Прецизионная ковка также требует меньшего уклона — от 1° до 0°. Обратной стороной этого процесса является его стоимость, поэтому его реализуют только в том случае, если можно добиться значительного снижения затрат. [25]
Холодная ковка
[ редактировать ]Ковка почти чистой формы наиболее распространена, когда детали куются без нагрева заготовки, прутка или заготовки. Алюминий — распространенный материал, который можно подвергнуть холодной ковке в зависимости от окончательной формы. Смазка формуемых деталей имеет решающее значение для увеличения срока службы сопрягаемых штампов.
Индукционная ковка
[ редактировать ]В отличие от вышеупомянутых процессов, индукционная ковка основана на типе используемого стиля нагрева. Многие из вышеперечисленных процессов можно использовать в сочетании с этим методом нагрева.
Разнонаправленная ковка
[ редактировать ]Разнонаправленная ковка – это формовка заготовки за один прием в нескольких направлениях. Разнонаправленное формование происходит за счет конструктивных мер инструмента. Вертикальное движение плунжера пресса перенаправляется с помощью клиньев, которые распределяют и перенаправляют силу ковочного пресса в горизонтальных направлениях. [26]
Изотермическая ковка
[ редактировать ]Изотермическая ковка — это процесс, при котором материалы и штамп нагреваются до одинаковой температуры ( «изо» означает «равная»). Адиабатический нагрев используется для облегчения деформации материала, что означает, что скорость деформации строго контролируется. Этот метод обычно используется для ковки алюминия, температура ковки которого ниже, чем у стали. Температура ковки алюминия составляет около 430 °C (806 °F), а сталей и суперсплавов — от 930 до 1260 °C (от 1710 до 2300 °F).
Преимущества:
- Форма, близкая к чистой, что приводит к снижению требований к механической обработке и, следовательно, к снижению процента брака.
- Воспроизводимость детали
- Из-за меньших тепловых потерь для поковки можно использовать машины меньшего размера.
Недостатки:
- Более высокие затраты на материал матрицы для работы при температурах и давлениях.
- Требуются единые системы отопления.
- Защитная атмосфера или вакуум для уменьшения окисления штампов и материала.
- Низкие темпы производства
Материалы и приложения
[ редактировать ]
Ковка стали
[ редактировать ]В зависимости от температуры формовки стальную поковку можно разделить на: [27]
- Горячая ковка стали
- Температура ковки выше температуры рекристаллизации 950–1250 °C.
- Хорошая формуемость
- Низкие усилия формовки
- Постоянная прочность на растяжение заготовок
- Теплая ковка стали
- Температура ковки 750–950 °C.
- Меньше или нет окалины на поверхности заготовки
- Достижение более узких допусков, чем при горячей ковке.
- Ограниченная формуемость и более высокие усилия формовки, чем при горячей ковке.
- Меньшие усилия формовки, чем при холодной штамповке.
- Холодная ковка стали
- Температура ковки в комнатных условиях, самонагрев до 150 °С за счет энергии формовки.
- Самые узкие достижимые допуски
- Отсутствие окалины на поверхности заготовки
- Увеличение прочности и снижение пластичности за счет деформационного упрочнения.
- Необходимы низкая формуемость и высокие усилия формования.
Для промышленных процессов стальные сплавы преимущественно куют в горячем состоянии. Латунь, бронза, медь, драгоценные металлы и их сплавы изготавливаются методом холодной ковки; каждый металл требует разной температуры ковки.
Ковка алюминия
[ редактировать ]- Ковка алюминия осуществляется в диапазоне температур 350–550 °C.
- Температуры ковки выше 550 °C слишком близки к температуре солидуса сплавов и в сочетании с различными эффективными деформациями приводят к неблагоприятным поверхностям заготовки и потенциально к частичному плавлению, а также образованию складок. [28]
- Температура ковки ниже 350 °C снижает формуемость за счет увеличения предела текучести, что может привести к незаполненным штампам, растрескиванию поверхности заготовки и увеличению усилий штампа.
Из-за узкого температурного диапазона и высокой теплопроводности ковку алюминия можно реализовать только в определенном технологическом окне. Для обеспечения хороших условий штамповки необходимо равномерное распределение температуры по всей заготовке. Поэтому контроль температуры инструмента оказывает большое влияние на процесс. Например, оптимизируя геометрию заготовки, можно влиять на локальные эффективные деформации, чтобы уменьшить локальный перегрев и добиться более однородного распределения температуры. [29]
Применение кованых деталей из алюминия
[ редактировать ]Высокопрочные алюминиевые сплавы обладают прочностью на разрыв, сравнимой со стальными сплавами средней прочности, обеспечивая при этом значительные преимущества в весе. Поэтому кованые детали из алюминия в основном используются в аэрокосмической, автомобильной промышленности и многих других областях техники, особенно в тех областях, где необходимы самые высокие стандарты безопасности от поломок в результате неправильного обращения, ударных или вибрационных нагрузок. Такими деталями являются, например, поршни, [ нужна ссылка ] детали шасси, компоненты рулевого управления и детали тормозов. Обычно используемые сплавы — AlSi1MgMn ( EN AW-6082 ) и AlZnMgCu1,5 ( EN AW-7075 ). Около 80% всех алюминиевых поковок изготавливаются из AlSi1MgMn. Высокопрочный сплав AlZnMgCu1,5 в основном используется в аэрокосмической отрасли. [30]
Ковка магния
[ редактировать ]- Ковка магния происходит в диапазоне температур 290–450 ° C. [31]
Магниевые сплавы труднее поддаются ковке из-за их низкой пластичности, малой чувствительности к скорости деформации и узкой температуры формования. [31] Использование горячей ковки в полуоткрытом штампе на трехползунном ковочном прессе (TSFP) стало новым методом ковки магниево-алюминиевого сплава AZ31, который обычно используется при формировании кронштейнов самолетов. [32] [33] Было показано, что этот метод ковки улучшает свойства на растяжение, но ему не хватает однородного размера зерен. [34] [35] Несмотря на то, что применение магниевых сплавов в аэрокосмической и автомобильной промышленности увеличивается на 15–20% каждый год, ковка магниевых сплавов с помощью специализированных штампов является дорогостоящим и неосуществимым методом производства деталей для массового рынка. Вместо этого большинство промышленных деталей из магниевых сплавов производятся методами литья.
Оборудование
[ редактировать ]
Самый распространенный тип ковочного оборудования — молот и наковальня. Принципы работы молота и наковальни до сих пор используются в оборудовании для отбойных молотков . Принцип работы машины прост: поднимите молоток и опустите его или втолкните в заготовку, которая лежит на наковальне. Основные различия между падающими молотами заключаются в способе привода молота; наиболее распространенными являются воздушные и паровые молоты. Падающие молоты обычно работают в вертикальном положении. Основной причиной этого является избыточная энергия (энергия, которая не используется для деформации заготовки), которая не выделяется, поскольку тепло или звук необходимо передать фундаменту. Более того, для поглощения ударов необходима большая машинная база. [9]
Чтобы преодолеть некоторые недостатки падающего молота, противоударная машина или ударник используется . В машине с встречным ударом молоток и наковальня движутся, и заготовка удерживается между ними. Здесь избыточная энергия становится отдачей. Это позволяет машине работать горизонтально и иметь меньшую базу. Другие преимущества включают меньший шум, нагрев и вибрацию. Это также создает совершенно другую структуру потока. Обе эти машины могут использоваться для ковки в открытых и закрытых штампах. [36]
Кузнечные прессы
[ редактировать ], Для штамповки на прессе используется ковочный пресс часто называемый просто прессом. Существует два основных типа: механические и гидравлические прессы. Механические прессы работают за счет использования кулачков, кривошипов и/или рычагов для создания заданного (заранее заданного усилия в определенном месте хода) и воспроизводимого хода. Из-за особенностей системы этого типа в разных положениях хода действуют разные силы. Механические прессы работают быстрее своих гидравлических аналогов (до 50 ходов в минуту). Их мощность варьируется от 3 до 160 МН (от 300 до 18 000 коротких тонн-сил). Гидравлические прессы, такие как устройство с четырьмя штампами , используют давление жидкости и поршень для создания силы. Преимущества гидравлического пресса перед механическим заключаются в его гибкости и большей производительности. К недостаткам относятся более медленная, крупная и дорогая в эксплуатации машина. [15]
Для валковой ковки, высадки и автоматической горячей ковки используется специализированное оборудование.
| Сила ( тонны ) |
слитка Размер ( тонны ) |
Компания | Расположение |
|---|---|---|---|
| 16,500 | 600 | Шанхайская электрическая группа [38] | Шанхай , Китай |
| 16,000 | 600 | Китайская национальная группа Эрчжун [38] | Дэян , Китай |
| 14,000 | 600 | Японский сталелитейный завод | Япония |
| 15,000 | 580 | Китайская первая группа тяжелой промышленности [39] | Хэйлунцзян , Китай |
| 13,000 | Дусан | Южная Корея |
| Сила ( тонны ) |
Сила ( тонны ) |
слитка Размер ( тонны ) |
Компания | Расположение |
|---|---|---|---|---|
| 80,000 | (88,200) | >150 | Китай Эрчжун [38] | Дэян , Китай |
| 75,000 | (82,690) | ГАЗЕТА ВСМПО | Россия | |
| 65,000 | (71,660) | Обер и Дюваль [40] [41] | Иссуар , Франция | |
| 53,500 | (60,000) | Вебер Металс, Инк. [42] | Калифорния , США | |
| (45,350) | 50,000 | 20 | Кузнечный пресс Alcoa усилием 50 000 тонн Алкоа , [43] [44] Вайман Гордон [45] [46] |
олень |
| 40,000 | (44,100) | Обер и Дюваль [40] | Памье , Франция | |
| 30,000 | (33,080) | 8 | Вайман Гордон [47] | Ливингстон , Шотландия |
| 30,000 | (33,070) | Вебер Металс, Инк. [48] | Калифорния , США | |
| 30,000 | (33,070) | Хомет Аэроспейс [49] | Джорджия , США |
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Дегармо, с. 389
- ^ Jump up to: а б Тяжелое производство электростанций. Архивировано 8 ноября 2010 г. во Wayback Machine Всемирной ядерной ассоциации , сентябрь 2010 г. Дата обращения: 25 сентября 2010 г.
- ^ «Ковка: Ранние годы» . Группа «Все металлы и кузница». 22 января 2013 г. Архивировано из оригинала 3 января 2018 г. Проверено 1 октября 2013 г.
- ^ «Что нужно знать о ковке» . сайты.google.com .
- ^ КОВКА И ШТАМПОВКА ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ. СПРАВОЧНИК (10 мая 1984 г., Н.И. Корнеев, В.М. Аржаков и др.) https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/ADA141689.pdf
- ^ Дегармо, с. 373
- ^ Дегармо, с. 375
- ^ Jump up to: а б Дегармо, с. 391
- ^ Jump up to: а б с Дегармо, с. 390
- ^ «Ковка форм» . Группа «Все металлы и кузница». 4 января 2013 г. Архивировано из оригинала 1 июля 2018 г. Проверено 1 октября 2013 г.
- ^ «Преимущества кованого коленчатого вала» . Кузница Великих озер . Проверено 28 февраля 2014 г.
- ^ «Преимущества ковки» (PDF) . Фриза . Архивировано из оригинала (PDF) 17 апреля 2021 г. Проверено 31 августа 2020 г.
- ^ Литая сталь: Ковка , архивировано из оригинала 18 февраля 2009 г. , получено 3 марта 2010 г.
- ^ Каушиш, Дж. П. (2008), Производственные процессы , PHI Learning, стр. 469, ISBN 978-81-203-3352-9
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Дегармо, с. 394
- ^ Jump up to: а б с Дегармо, с. 392
- ^ Jump up to: а б с Дегармо, с. 393
- ^ Jump up to: а б с д Дегармо, с. 395
- ^ Дегармо, стр. 395–396.
- ^ Дегармо, стр. 396–397.
- ^ Дегармо, с. 396
- ^ Прецизионная горячая ковка. Архивировано 20 октября 2008 г. в Wayback Machine . Самтех. Проверено 22 ноября 2007 г.
- ^ Прецизионная композитная поковка. Архивировано 17 апреля 2008 г. в Wayback Machine . Самтех. Проверено 22 ноября 2007 г.
- ^ Дегармо, стр. 397–398.
- ^ Дегармо, с. 398
- ^ Беренс, Стонис, Рютер, Блом: Уменьшенная ковка сложных деталей, рассчитанных на высокие нагрузки, с использованием операций предварительной формовки , IPH - Институт интегрированного производства Ганновера gGmbH, Ганновер, 2014.
- ^ Доге, Э., Беренс, Б.-А.: Справочник по технологии формовки: основы, технологии, машины (на немецком языке), Springer Verlag, 2010, стр. 7
- ^ Доге, Э.; Беренс, Б.-А.: Справочник по технологии формовки: основы, технологии, машины , Springer Verlag, 2010, стр. 671f.
- ^ Стонис, М.: Разнонаправленная ковка плоских алюминиевых длинных деталей (на немецком языке), В: Беренс, Б.-А.; Нюхейс, П.; Овермейер, Л. (ред.): Отчеты IPH, том 01/2011, PZH Production Technology Center GmbH, Garbsen, 2011.
- ^ Рихтер, Дж.; Стонис, М.: Повышение качества при ковке алюминия (на немецком языке), In Aluminium Praxis, Giesel Verlag GmbH, Том 20 (2015), Выпуск 6/15, стр. 20.
- ^ Jump up to: а б Папенберг, Николаус П. и др. «Mg-сплавы для ковки – обзор». Материалы том. 13,4 985. 22 февраля 2020 г., doi:10.3390/ma13040985
- ^ Дзюбинская А., Гонтарз А., Дзюбинский М. и Барщ М. (2016). ФОРМОВКА ПОКОВОК ИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ АВИАЦИОННОЙ И АВТОМОБИЛЬНОЙ ПРИМЕНЕНИЯ. Журнал исследований в области науки и технологий. https://doi.org/10.12913/22998624/64003
- ^ Дзюбинская А. и Гонтарз А. (2015). Новый метод изготовления двухреберных кронштейнов самолетов из магниевого сплава. Авиастроение и аэрокосмические технологии. https://doi.org/10.1108/AEAT-10-2013-0184
- ^ Дзюбинская А., Гонтарц А. и Загурский И. (2018). Качественные исследования авиационных кронштейнов из магниевого сплава АЗ31 с треугольным ребром, изготовленных новым методом ковки. Авиастроение и аэрокосмические технологии. https://doi.org/10.1108/AEAT-09-2016-0160
- ^ Дзюбиньска А., Гонтарз А., Хорзельска К. и Пьешко П. (2015). Микроструктура и механические свойства авиационных кронштейнов из магниевого сплава AZ31, изготовленных по новой технологии ковки. Производство Процедия. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2015.07.059
- ^ Дегармо, стр. 392–393.
- ^ Кидд, Стив. Новая ядерная установка – достаточный потенциал поставок? Архивировано 13 июня 2011 года в Wayback Machine Nuclear Engineering International , 3 марта 2009 года. Дата обращения: 25 сентября 2010 года.
- ^ Jump up to: а б с «Китай строит крупнейшую в мире пресс-кузницу» . Китайский технологический гаджет . 27 октября 2011 года. Архивировано из оригинала 22 июля 2012 года . Проверено 12 февраля 2012 г.
- ^ «Самый большой в мире гидравлический ковочный пресс усилием 15 000 МН» . Китайский технологический гаджет . 3 ноября 2011 года . Проверено 15 мая 2012 г.
- ^ Jump up to: а б «Эрамет сплавы» . Архивировано из оригинала 10 декабря 2010 года . Проверено 18 мая 2012 г.
- ^ Алтан, Тайлан (1983). Целесообразность использования большого пресса (80 000–200 000 тонн) для производства будущих компонентов армейских систем . п. 12. Архивировано из оригинала 8 апреля 2013 года.
- ^ Дин М. Питерс (10 декабря 2018 г.). «Новый гидравлический пресс Weber Metals мощностью 60 000 тонн» . Журнал «Фордж» . Проверено 25 апреля 2020 г.
- ^ Хеффернан, Тим (8 февраля 2012 г.). «Железный великан» . Атлантика . Проверено 12 февраля 2012 г.
- ^ Пресс для закрытой штамповки усилием 50 000 тонн (PDF) . Американское общество инженеров-механиков. 1981. Архивировано из оригинала (PDF) 27 февраля 2012 г. Проверено 15 мая 2012 г. История Mesta Press в Alcoa
- ^ Ковочный пресс Wyman-Gordon усилием 50 000 тонн (PDF) . Американское общество инженеров-механиков. 1983. Архивировано из оригинала (PDF) 1 февраля 2015 г. История Loewy Press в Вайман-Гордоне
- ^ Эдсон, Питер (18 апреля 1952 г.). «Революционный металлический пресс снижает стоимость самолетов и орудий» . Журнал Сарасоты . Проверено 12 февраля 2012 г.
- ^ «Вайман Гордон Ливингстон» . Проверено 18 мая 2012 г.
- ^ «Вебер Металс» . Проверено 18 июля 2013 г.
- ^ «Хаумет Аэроспейс» . Проверено 18 мая 2012 г.
Библиография
[ редактировать ]- Дегармо, Э. Пол; Блэк, Джей Ти; Кохсер, Рональд А. (2011). Материалы и процессы в производстве (11-е изд.). Уайли. ISBN 978-0-470-92467-9 .
- Доге, Э.; Беренс, бакалавр искусств: Технология ручной формовки: основы, технологии, машины (на немецком языке), 2-е издание, Springer Verlag, 2010 г., ISBN 978-3-642-04248-5
- Остерманн, Ф.: Технология применения алюминия (на немецком языке), 3-е издание, Springer Verlag, 2014 г., ISBN 978-3-662-43806-0
