Ковка — что это такое

Ковка представляет собой производственный процесс, в котором металл формуется посредством различных методов, таких как кузнечное дробление, прессование или прокатка, с использованием молота или штампа. Этот процесс может классифицироваться в зависимости от температуры, с которой он выполняется, и делится на холодную, теплую и горячую ковку.

Что такое ковка? Классификация и характеристики

Ковка — это обширный термин, который охватывает как ковку, так и штамповку. Это метод обработки, при котором формирование металлической заготовки происходит под давлением, применяемым с помощью молота на наковальне или пуансона ковочного станка. Давление вызывает пластическую деформацию, что позволяет получать детали с заданной формой и размером.

В процессе ковки заготовка претерпевает значительную пластическую деформацию, которая сопровождается малым течением металла. В отличие от ковки, при штамповке заготовка формируется в основном за счет изменения положения отдельных участков, при этом внутреннее пластическое течение практически отсутствует. Основное применение ковки связано с обработкой металлических деталей, однако метод также находит применение в обработке некоторых неметаллов, включая конструкционные пластики, резину, керамические элементы, кирпичи и формирование композиционных материалов.

На практике прокатка, волочение и подобные процессы считаются также методами пластической обработки или обработки давлением. Тем не менее, ковка в основном служит для создания металлических деталей, а прокатка и волочение — для производства металлических материалов общего назначения, таких как пластины, полосы, трубы, профили и проволока.

Ковка делится на несколько категорий, в зависимости от метода формования и температуры, при которой проходит деформация. По методу формования она может быть разделена на ковку и штамповку. В зависимости от температуры деформации ковку можно разделить на горячую, холодную, теплую, изотермическую и другие виды.

1. Горячая ковка

Горячая ковка выполняется при температуре выше точки рекристаллизации металла. Повышение температуры улучшает пластичность, что благоприятно сказывается на внутреннем качестве заготовки и снижает вероятность образования трещин. Высокие температуры также уменьшают сопротивление деформации, что приводит к снижению рабочего тоннажа кузнечного оборудования. Однако этот процесс имеет свои ограничения: точность заготовки обычно низкая, и поверхность может быть неровной. В дополнение, поковки из горячей ковки подвержены окислению и обезуглероживанию. Для тяжелых и массивных заготовок, таких как гибка очень толстых листов и волочение стержней из высокоуглеродистой стали, предпочтительна именно горячая ковка.

Типичные температуры для горячей ковки: углеродистая сталь — 800 ~ 1250 °C, легированная конструкционная сталь — 850 ~ 1150 °C, быстрорежущая сталь — 900 ~ 1100 °C, алюминиевые сплавы — 380 ~ 500 °C, специальные сплавы — 850 ~ 1000 °C, латунь — 700 ~ 900 °C.

2. Холодная ковка

Холодная ковка подразумевает формование металла при температуре, которая ниже точки рекристаллизации. Обычно данный процесс происходит при комнатной температуре.

При помощи холодной ковки, детали и заготовки достигают высокой точности форм и размеров с гладкой поверхностью, что требует меньшего количества последующей механической обработки. Многие детали, произведенные методом холодной ковки, могут использоваться непосредственно без дополнительной обработки. Однако этот процесс создает риск возникновения трещин из-за низкой пластичности металла при деформации, а также требует значительного усилия от ковочных машин.

3. Теплая ковка

Теплая ковка выполняется при температуре ниже точки рекристаллизации, но выше комнатной. Такая ковка предполагает предварительный нагрев металла, однако температура значительно ниже, чем в случае горячей ковки. Теплая ковка обеспечивает более высокую точность, гладкую поверхность и меньшую стойкость к деформации.

4. Изотермическая ковка

В процессе изотермической ковки поддерживается постоянная температура заготовки на протяжении всего процесса формования. Это позволяет максимально эффективно использовать высокую пластичность некоторых металлов при одной и той же температуре, а также достигать необходимых структурных свойств. Поддержание постоянной температуры формы требует значительных затрат и используется, как правило, для специализированных процессов, таких как сверхпластическая формовка.

Виды ковки металла

В существующей практике различают несколько видов ковки, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики.

Свободная ковка

• Это традиционный метод, в котором кузнец использует ручные инструменты, такие как молоты и наковальни. Такой подход дает возможность создавать уникальные и сложные формы за счет непосредственной манипуляции материалом.
• Свободная ковка часто используется для создания художественных и декоративных изделий, а также ножей и клинков.

Машинная ковка

• В этом методе металл обрабатывается с клиентом механических прессов и молотов, что гарантирует высокую производительность и точность по сравнению с ручной ковкой.
• Этот способ широко применяется в крупносерийном производстве, например, в автомобилестроении и авиационной промышленности, где требуется высокая однородность и точность изделий. Методы машинной ковки экономически выгодны для серийного производства.

Штамповка

• Металлическая заготовка подвергается воздействию давления в специальных прессах при помощи штампов и форм.
• Преимущества штамповки заключаются в высокой степени однородности и повторяемости изделий, что делает этот метод идеальным для массового производства деталей, таких как болты, гайки, крепежные элементы и кузова автомобилей.
• Штамповка также позволяет создавать сложные геометрические формы с высокой точностью.

Что нужно для ковки?

Процесс ковки требует применения различных инструментов и оборудования, без которых невозможно создать качественные изделия. Например:

• Наковальня. Специальное рабочее место, на котором производится обработка металла.
• Кузнечный очаг (печь). Используется для нагрева металла до нужной температуры перед ковкой, может быть дровяным, газовым или электрическим.
• Молоты. Ключевые инструменты в кузнечном процессе, предназначенные для нанесения ударов по нагретому металлу с целью придания ему формы. Существуют как ручные молоты, так и с гидравлическим приводом.
• Клещи. Инструменты для удержания и манипулирования горячим металлом, что позволяет кузнецу контролировать позицию и форму заготовки во время ковки.
• Нагревательное оборудование. Это могут быть горелки, газовые кольца или электрические нагреватели, которые используются для повышения температуры металла до ковочной.
• Насадки и формы. Эти инструменты применяются для создания конкретных форм или текстур на изделии. К ним относятся матрицы, штампы и другие дополнительные инструменты.

Кузнечные очаги исполняют важную роль в нагреве металла во время процесса ковки. Они делятся на несколько типов:

• Стационарные. Эти печи установлены на постоянной основе и используются в стационарных цехах. У них, как правило, более мощное оборудование и большая емкость, что позволяет работать с крупными заготовками.
• Переносные. Эти печи легко перемещаются с места на место. Обычно они создаются менее мощными, но их мобильность делает их удобными для работы на открытом воздухе или в разных условиях.
• Закрытые очаги. Они обеспечивают защиту от ветра и плохих погодных условий, что делает их идеальными для работы внутри заводов или в закрытых помещениях.
• Открытые. Эти печи установлены на открытом воздухе и подвержены влиянию погоды. Они могут использоваться на смотровых площадках или в сельских условиях.
• Топливные очаги. Эти устройства используют различные источники топлива, включая газ, жидкое топливо и твердые материалы, такие как уголь или дрова, для нагрева металла.
• Электрические. Эти устройства используют электроэнергию для нагрева металла и могут быть более чистыми и удобными, но часто менее мощными по сравнению с некоторыми топливными печами.
• Жидкостные. Они используют масло или другие жидкости в качестве топлива для создания пламени.
• Газовые. Эти установки используют газ, чаще всего пропан или природный газ, для нагрева металла.
• Твердотопливные. Работают на угле, дровах и других твердых материалах.

Все перечисленные инструменты и оборудование действуют в комплексе, что позволяет кузнецу эффективно нагревать металл, придавать ему форму и создавать разнообразные металлические изделия.

Виды ковки

Существует высокий спрос на кованые изделия, поэтому технологии ковки продолжают развиваться. Изделия, полученные в процессе ковки, называют поковка.

В современном производстве выделяют три основных вида ковки:

• Свободная ковка — это способ обработки металла, при котором заготовка не ограничена формами или фиксирована на наковальне лишь с одной стороны. Обычно это ручная горячая обработка;
• Машинная ковка осуществляется на специализированном оборудовании — кузнечных молотах весом от 40 кг до 5 тонн, гидравлических прессах или ковочных машинах. Этот способ позволяет производить изделия весом в десятки тонн;
• Штамповка — распространенная технология, при которой заготовка помещается в штамп или форму, что позволяет изготавливать предметы на серийное производство.

Теперь у вас есть общее представление о ковке металла, однако обзор будет неполным без упоминания основных технологий, используемых для обработки стальных заготовок.

Горячая ковка

На протяжении веков основные инструменты горячей ковки остались практически неизменными — кузнечный очаг, наковальня, клещи и молоты.

Современные инструменты существенно усовершенствованы. Например, печи и горны могут быть как стационарными, так и переносными, закрытыми или открытыми. Используемые источники топлива включают газ, дрова и электричество; основное, что кузнечные печи способны нагревать металл до температур выше +1200 °C.

Ручная ковка считается физически нагруженной работой, поэтому кузнецы используют надежные наковальни с минимальным весом около 30 кг, а также клещи и молоты различной массы.

Процесс заключается в нагревании заготовки и придании ей нужной формы. Для этого кузнецы используют не только молоты, но и другие инструменты:

• тиски;
• гладилки;
• раскатки;
• кувалды;
• фасонные молотки;
• ручники.

Металлические конструкции соединяются как с помощью электрической сварки, так и кузнечной сварки (сварка ковкой) или с применением заклепок. Охлаждение изделий может производиться как непосредственно в кузнечном очаге, так и в емкости с холодной водой.

Горячая ковка — это искусство, и чтобы узнать, как из обычного металла получаются изысканные лестничные ограждения, воздушные ворота или элегантные торшеры, нужно изучить основные приемы кузнечного ремесла.

Где применяется ковка?

Ковка используется на протяжении тысячелетий и продолжает оставаться востребованной в различных отраслях по всему миру. Ковка играет важную роль в экономике, поскольку детали, изготовленные данным способом, становятся основой для многих сфер деятельности: от национальной обороны, автомобилестроения и добычи полезных ископаемых до производства медицинских инструментов и оборудования. Даже хирургические и стоматологические инструменты могут быть изготовлены из кованого металла.

К тому же использование деталей, произведенных методом ковки, может значительно сократить издержки на производство. Эти методы позволительны для работы с разнообразными материалами, однако нержавеющая сталь и черные металлы остаются наиболее часто используемыми в производственных процессах.

Виды применения ковки

Горячая ковка — это классический способ, при котором металл нагревается в печи до определенной температуры и преобразуется в необходимые формы с применением инструментов.
Холодная ковка — изделия не нагреваются, а ковка производится на профессиональных станках и образцах посредством сгиба.
Ковка для подков — этот процесс направлен на защиту копыт животных от травм и перегрузок.
Художественная ковка — включает в себя любые изделия, которые создаются с применением обработки металла и обладают художестенными признаками.

Разделение ковки

Изделия, полученные в результате ковки, называют поковкой.

1. Машинная ковка осуществляется на специализированных установках, таких как молоты с массой падающих частей от 40 до 5000 кг или на гидравлических прессах, создающих усилия от 2 до 200 МН, а также на ковочных машинах. Эта технология позволяет производить поковки весом 100 тонн и выше. При обработке тяжелых поковок используются подъемные краны, рассчитанные на грузоподъемность до 350 тонн.
2. Свободная ковка (как ручная, так и машинная) осуществляется без ограничений со стороны стенок штампа или же с ограничением лишь с одной стороны. В процессе ручной ковки на изделие воздействуют кувалдой или молотом; этот метод позволяет улучшить качество и структуру металла, исправляя выявленные недостатки.
3. Штамповка — это способ производства деталей с использованием штампов, халатно называемых металлическими формами.

Ключевые операции в ковке

К основным операциям с заготовкой относятся: осадка — при этом происходит уменьшение высоты заготовки и увеличение ее площади, высадка — изменяется форма заготовки с образованием утолщений за счет сокращения длины, протяжка — увеличение длины при снижении поперечного сечения, обкатка — формирование цилиндрической формы шляхом деформации и поворота изделия, раскатка — увеличение диаметра кольцевого изделия при уменьшении толщины стенок, прошивка — получение сквозных или глухих отверстий путем вытеснения из заготовки. Варианты обработки включают сварку — создание неразъемного соединения с применением кузнечного ударного инструмента на изделии, находящемся в пластично-мягком состоянии, обжимка криц — процесс сжатия, соединения частей с отделением избытка крицы.
Обычная ковка — это процесс уплотнения и придания необходимых форм.

Краткий обзор используемого инструмента:

Молоты:
Механические молоты — ударные машины, изменяющие форму металла.
Ручные молоты — удары наносятся самим кузнецом или с помощью молотобойцев.
Наковальня — устройство для холодной или горячей обработки изделия с помощью пластической деформации.
Подъемный кран — используется для захвата и перемещения заготовки, размещение ее в печи, транспортировка под молот, а также разворота в процессе ковки. Дополнительным инструментом выступает державка — длинный, прочный стержень с 4 лапками для захвата болванки и одним концом в виде рукоятки для надежной поддержки заготовки.
Кузнечные щипцы — служат для захвата нагретого металла, переноса из горна или печи, а также укладки на наковальню во время ковки.

г. Пенза, ул. Бийская, 3Б
Режим работы: Пн-Пт 9:00-20:00, Сб-Вс 11:00-18:00