Горячая ковка и холодная ковка являются двумя разными процессами формовки металлов, которые дают похожие результаты. Ковка — это процесс деформирования металла в заданную форму с помощью определённых инструментов и оборудования — деформация достигается с помощью горячей, холодной или даже теплой ковки. В конечном итоге, производитель учитывает ряд критериев, прежде чем выбрать наиболее подходящий тип ковки для конкретного применения. Ковка используется там, где расположение зернистой структуры придает детали направленные свойства, выравнивая зерно так, чтобы оно сопротивлялось наибольшим нагрузкам, с которыми столкнется деталь. Литье и обработка обычно имеют меньший контроль над расположением зернистой структуры.
Процессы ковки
Ковка определяется как формирование или деформация металла в его твердом состоянии. Большая часть ковки выполняется методом «подъемки», при котором молот или поршень движется горизонтально, чтобы нажать на конец стержня или прутка, расширяя и изменяя форму конца. Деталь обычно проходит через последовательные станции, прежде чем достигнуть своей окончательной формы. Высокопрочные болты «холодной штамповки» изготавливаются именно так. Также клапаны двигателей формируются методом подъема.
При штамповке с помощью ударного пресса деталь забивается в матрицу до формы готовых деталей, очень похоже на ковку кузнеца с открытым штамповым молотом, когда металл забивается о наковальню в нужную форму. Различают открыто- и закрыто-штамповку. В открыто-штамповке металл никогда полностью не ограничен матрицей. В закрыто-штамповке, или формовке с отпечатком, металл ограничен двумя половинами матрицы. Повторные удары молота по матрице заставляют металл принимать форму матрицы, и половины матрицы в конечном итоге соединяются. Энергия для удара может подаваться паром, пневматически, механически или гидравлически. В настоящей штамповке с помощью удара гравитация сама толкает молот вниз, но многие системы используют усиление мощности вместе с гравитацией. Молот наносит серию относительно быстрых, низкоинтенсивных ударов, чтобы закрыть матрицу.
При прессовой ковке высокое давление заменяет высокую скорость, и половины матрицы закрываются за один ход, обычно с помощью силового винта или гидравлических цилиндров. Молотковая ковка часто используется для производства меньших партий деталей, тогда как прессовая ковка обычно предназначена для больших серий и автоматизации. Медленное применение пресса лучше обрабатывает внутреннюю часть детали, чем удар, и часто применяется к крупным, высококачественным деталям (например, титановым корпусам самолетов). Другие специализированные методы ковки варьируются в зависимости от этих базовых принципов: например, производство подшипниковых гонок и больших кольцевых шестерен осуществляется методом прокатной кольцевой ковки, которая производит бесшовные круглые детали.
Горячая ковка
Когда кусок металла подвергается горячей ковке, его необходимо значительно нагреть. Средняя температура ковки для различных металлов составляет:
До 1150°C для стали
от 360 до 520°C для алюминиевых сплавов
от 700 до 800°C для медных сплавов
Во время горячей ковки заготовка или брикет нагревается либо индуктивным методом, либо в ковочной печи или духовке до температуры выше точки рекристаллизации металла. Такой экстремальный нагрев необходим для предотвращения упрочнения металла при деформации. Поскольку металл находится в пластическом состоянии, можно создавать довольно сложные формы. Металл остается пластичным и податливым.
Для ковки некоторых металлов, таких как сверхсплавы, применяется тип горячей ковки, называемый изотермической ковкой. Здесь матрица нагревается примерно до температуры заготовки, чтобы избежать охлаждения поверхности детали во время ковки. Иногда ковка выполняется в контролируемых атмосферах для минимизации образования окалины.
Традиционно производители выбирают горячую ковку для изготовления деталей, потому что она позволяет деформировать материал в его пластическом состоянии, когда металл легче обрабатывать. Горячая ковка также рекомендуется для деформации металлов с высоким коэффициентом формовки, что измеряется тем, насколько сильно металл может деформироваться без возникновения дефектов. Другие соображения при выборе горячей ковки включают:
Производство отдельных деталей
Низкая до средней точность
Низкие напряжения или низкое упрочнение при работе
Гомогенизированная зернистая структура
Повышенная пластичность
Устранение химических несоответствий и пористости
Возможные недостатки горячей ковки включают:
Менее точные допуски
Возможное деформирование материала во время процесса охлаждения
Различная структура зерен металла
Возможные реакции между окружающей атмосферой и металлом (образование шлака)
Холодная ковка (или холодное формование)
Холодная ковка деформирует металл при температуре ниже точки рекристаллизации. Холодная ковка увеличивает прочность на растяжение и значительно — на предел текучести, при этом уменьшая пластичность. Обычно холодная ковка проводится при комнатной температуре. Наиболее распространённые металлы в холодной ковке — это стандартные или углеродистые легированные стали. Обычно холодная ковка — это процесс с закрытыми матрицами.
Холодная ковка обычно предпочтительнее, когда металл уже является мягким, например, алюминий. Этот процесс обычно дешевле горячей ковки, и готовый продукт требует минимальной или отсутствующей отделки. Иногда, когда металл холодной ковкой придан нужную форму, его подвергают термической обработке для снятия остаточного поверхностного напряжения. Благодаря улучшениям, которые холодная ковка вносит в прочность металла, иногда используют менее качественные материалы для изготовления рабочих деталей, которые невозможно было бы сделать из того же материала методом механической обработки или горячей ковки.
Производители могут выбрать холодную ковку вместо горячей по нескольким причинам — поскольку детали, изготовленные холодной ковкой, требуют очень мало или вообще не требуют отделки, этот этап производства часто исключается, что экономит деньги. Холодная ковка также менее подвержена проблемам загрязнения, а конечный компонент обладает лучшей общей поверхностной отделкой. Другие преимущества холодной ковки включают:
Легче придать направленные свойства
Повышенная воспроизводимость
Улучшенный контроль размеров
Обработка высоких напряжений и больших нагрузок на матрицы
Производство деталей с почти окончательной формой или близкой к ней
Некоторые возможные недостатки включают:
Поверхности металла должны быть чистыми и свободными от шлака перед ковкой
Металл менее пластичен
Может возникнуть остаточное напряжение
Требуется более тяжелое и мощное оборудование
Требуются более совершенные инструменты
Теплое ковка
Теплая ковка происходит ниже температуры рекристаллизации, но выше комнатной температуры, чтобы бороться с недостатками и приобретать преимущества как горячей, так и холодной ковки. Образование окалины менее проблематично, и допуски могут быть более точными, чем при горячей ковке. Стоимость инструментов ниже, а силы, необходимые для производства, меньше по сравнению с холодной ковкой. Усталостное упрочнение уменьшается, а пластичность улучшается по сравнению с холодной обработкой.
Применение
В автомобильной промышленности ковка используется для изготовления компонентов подвески, таких как рычаги и шпиндели колес, а также компонентов силовой передачи, таких как шатунные и коробочные шестерни. Ковки часто применяются для стержней клапанов трубопроводов, корпусов и фланцев, иногда из медных сплавов для повышения коррозионной стойкости. Ручные инструменты, такие как гаечные ключи, обычно куются, как и многие крепления для канатов, такие как гнезда и растяжки. Ковки широко используются в судостроении, для аэрокосмических компонентов, в сельскохозяйственной технике и на внедорожной технике. Электрические компоненты передачи, такие как зажимы для подвески и крышки опор, используют ковки из медных сплавов для повышения стойкости к погодным условиям.
Ковочные стали, используемые для осей, шатунов, штифтов и т.д., обычно содержат 0,30-0,40% углерода для повышения формуемости. Термическая обработка после ковки позволяет деталям развивать лучшие механические свойства, чем у низкоуглеродистой стали. В тяжелых коленчатых валах и высокопрочных шестернях иногда увеличивают содержание углерода до 0,50%, добавляя другие легирующие элементы для улучшения закаливаемости.
XTJ всегда стремится быть профессиональным производителем пластиковых прототипов, предлагающим экономичные услуги для клиентов по всему миру. Узнайте больше о нашем прототипировании пластика, вы можете легко загрузить свои CAD-файлы прямо сегодня для бесплатной оценки. CNC обработка пластика услуги для клиентов по всему миру. Узнайте больше о нашем прототипировании пластика, вы можете легко загрузить свои CAD-файлы прямо сегодня для бесплатной оценки.
XTJ — ведущий OEM-производитель, который занимается предоставлением комплексных решений от прототипа до производства. Мы гордимся тем, что являемся сертифицированной системой управления качеством ISO 9001, и стремимся создавать ценность в каждом клиентском взаимодействии. Мы достигаем этого через сотрудничество, инновации, улучшение процессов и исключительное мастерство.
