Поковка — вид обработки металлов¶
Поковка — это вид обработки давлением, при которой заготовке придаётся требуемая форма и размеры путём пластической деформации под воздействием ударной или статической силы. Поковка относится к одним из древнейших способов обработки металлов и остаётся одним из основных в современном машиностроении: она повышает прочность и пластичность металла за счёт уплотнения структуры и ориентации волокон.
¶Сущность процесса
При поковке металл деформируется в твёрдом состоянии, обычно при температуре выше рекристаллизации (горячая поковка). Пластическая деформация разрушает крупнозернистую структуру литого металла, измельчает зёрна и уплотняет металл, что повышает его механические свойства — прочность, ударную вязкость, усталостную прочность — по сравнению с литыми заготовками. Покованные детали, как правило, превосходят литые по свойствам, а штампованные — по точности и качеству поверхности.
¶Классификация
Поковки классифицируют по нескольким признакам.
По способу нагрева:
- Горячая поковка — основной вид; выполняется при температуре выше температуры рекристаллизации, что снижает сопротивление деформации и повышает пластичность металла.
- Холодная поковка — выполняется без предварительного нагрева или с подогревом до 200–300 °C; применяется для мягких металлов (медь, алюминий, низкоуглеродистые стали) и мелких деталей.
- Тёплая поковка — промежуточный вариант.
По назначению:
- Рабочие поковки — это непосредственно детали машин, работающие в условиях нагрузки (валы, шестерни, крепёж, поковки для рельс).
- Заготовочные поковки — полуфабрикаты, из которых далее получают готовые детали механической обработкой.
По способу выполнения:
- Свободная поковка — деформация без жёсткой связи с формой инструмента; применяется для крупных деталей и мелкосерийного производства.
- Штамповка — деформация в штампах, при которой металл заполняет полость штампа и приобретает заданную форму; основной способ массового производства поковок.
¶Свободная поковка
Свободная поковка выполняется на молотах (ударное воздействие) или прессах (статическое давление). К основным операциям относятся:
- Вытяжка — увеличение длины заготовки при уменьшении сечения.
- Осаждение — уменьшение длины при увеличении сечения.
- Пробивка — получение отверстий.
- Сборка — изменение формы заготовки без изменения объёма.
- Загибка — изменение направления оси заготовки.
- Раскатка — увеличение площади поперечного сечения.
- Свободная ковка — получение простых форм (куски, плиты, полосы) из слитков.
Крупные поковки получают на гидравлических прессах мощностью до нескольких тысяч тонн. В России крупные поковки для энергетического и судостроительного машиностроения производят на заводах «Ижорский завод», «Уралмаш», «Сибэнергомаш» и других.
¶Штамповка
Штамповка — разновидность поковки, при которой заготовка деформируется в штампе. Различают:
- Открытую штамповку — избыток металла вытекает в прибыль.
- Закрытую штамповку — металл заполняет полость штампа полностью, без прибыли; обеспечивает высокую точность и экономию металла.
- Вырубку — получение поковок с отсечением излишков металла.
- Высадку — увеличение сечения за счёт уменьшения длины.
Штамповки подразделяются на поковки с последующей механической обработкой и поковки чистовой формы (без обработки резанием).
¶Материалы и оборудование
Для поковки применяют углеродистые и легированные стали, чугун, цветные металлы и их сплавы. Стальные заготовки перед поковкой нагревают в печах (камерных, туннельных, индукционных) до 1150–1250 °C для низкоуглеродистых и 1050–1150 °C для высокоуглеродистых и легированных сталей.
Оборудование для поковки включает:
- Молоты: пневматические (паровоздушные), пневмогидравлические, ломовые, бойковые.
- Прессы: кривошипные, кривошипно-кривошипные, гидравлические.
- Ковочные машины: манипуляторы, поворотные столы, подающие механизмы.
¶Применение
Поковки применяются в машиностроении, судостроении, энергетике, нефтегазовой отрасли, железнодорожном транспорте. Крупные поковки используют для валов турбин, роторов генераторов, валков прокатных станов, колёсных пар, корпусов реакторов. Мелкие поковки — для крепежа, шестерён, рычагов, инструмента.
¶Преимущества и ограничения
Преимущества поковки:
- Повышенные механические свойства по сравнению с литыми деталями.
- Возможность получения крупных заготовок.
- Относительная простота и надёжность.
Ограничения:
- Высокая стоимость оборудования и инструмента (особенно штампов).
- Ограниченная точность по сравнению с штамповкой и механической обработкой.
- Необходимость последующей обработки резанием.
¶История
Ковка — один из древнейших способов обработки металла, известный с бронзового века. В России ковочное ремесло развивалось с XI века, особенно в связи с производством оружия и сельскохозяйственного инструмента. В XIX веке с развитием паровых молотов и промышленной революции ковка превратилась в промышленный способ производства. В XX веке получили развитие штамповка, горячая штамповка, точная штамповка и ковка с последующей механической обработкой.
В СССР была создана мощная ковочно-штамповочная промышленность: заводы «Уралмаш», «Ижорский завод», «Кировский завод», «Металлургический завод имени А. К. Серова» и другие выпускали поковки для тяжёлого машиностроения, энергетики и обороны. В современной России ковочно-штамповочное производство сосредоточено на крупных предприятиях, таких как «Северсталь», «Мечел», «Трубный металлургический завод», «Сибэнергомаш» и другие.
¶Интересные факты
- Ковка повышает усталостную прочность детали в 1,5–2 раза по сравнению с литой.
- Крупнейшие в мире поковки — роторы генераторов массой до 200 тонн и более.
- В России на долю поковок приходится значительная часть валков для прокатных станов.
¶Источники
- ГОСТ 7293-85. Поковки стальные. Общие технические условия.
- ГОСТ 19807-91. Поковки титановые. Общие технические условия.
- Металловедение и термическая обработка металлов: учебник / под ред. С. С. Горелика. — М.: Металлургия, 1985.
- Технология машиностроения: учебник / под ред. Н. И. Мазуренко. — М.: Машиностроение, 2001.
- Ковка и штамповка: справочник / под ред. В. Л. Кузьмина. — М.: Машиностроение, 1987.