Горячая ковка и холодная ковка - это два разных процесса обработки металлов давлением, которые могут дать схожие результаты. Ковка — это процесс использования определенных инструментов и оборудования для деформации металла в заданную форму — деформация осуществляется с помощью процессов горячей ковки, холодной ковки или даже горячей ковки. В конечном счете, производители будут учитывать множество стандартов, прежде чем выбрать тип поковки, наиболее подходящий для конкретного применения. В случае, когда расположение зернистой структуры придает детали характеристики направленности, ковка используется для выравнивания зерен, чтобы они могли выдерживать самые высокие нагрузки, с которыми может столкнуться деталь. Напротив, литье и механическая обработка обычно меньше контролируют расположение зернистых структур.
Процесс ковки
Ковка определяется как формирование или деформация металла в его твердом состоянии. Многие процессы ковки завершаются осадкой, при которой молот или боек перемещаются горизонтально, чтобы прижать конец стержня или стержня, чтобы расширить и изменить форму конца. Перед достижением окончательной формы деталь обычно проходит через непрерывные рабочие места. Таким образом, высокопрочные болты имеют «холодную головку». Клапан двигателя также формируется осадкой.
При ковке с молотком деталь забивается в форме готовой детали в форме, что очень похоже на кузнечную ковку в открытых штампах. В этом случае металлу придают желаемую форму на наковальне. Существует разница между ковкой в открытых штампах и ковкой в закрытых штампах. При штамповке металл никогда полностью не ограничивается формой. В закрытых или прессованных формах кованый металл ограничивается полуформами. Многократные удары молотком по форме заставляют металл принимать свою форму, и две половины формы в конечном итоге встречаются. Энергия молота может быть обеспечена паровыми или пневматическими, механическими или гидравлическими средствами. При настоящей ковке с падающим молотом только сила тяжести толкает молот вниз, но во многих системах используется силовая поддержка в сочетании с силой тяжести. Молоток наносит серию ударов с относительно высокой скоростью и малой силой, чтобы закрыть форму.
При ковке давлением высокое давление заменяет высокую скорость, и половина пресс-формы закрывается за один ход, обычно обеспечиваемый силовым винтом или гидравлическим цилиндром. Молотковая ковка обычно используется для производства мелких деталей, а штамповка обычно используется для массового производства и автоматизации. Медленное применение ковки под давлением часто лучше обрабатывает внутреннюю часть деталей, чем ковка, и обычно применяется к крупным высококачественным деталям, таким как титановые переборки самолетов. Другие специализированные методы ковки варьируются в зависимости от этих основных тем: например, кольца подшипников и большие зубчатые колеса изготавливаются с помощью процесса, называемого ковкой катящегося кольца, который может производить бесшовные круглые детали.
Горячая ковка
Когда кусок металла подвергается горячей ковке, его необходимо значительно нагреть. Средняя температура ковки, необходимая для горячей штамповки различных металлов, составляет:
Сталь до 1150 градусов С
360 до 520 градусов C для алюминиевых сплавов
от 700 до 800 градусов C (медный сплав)
В процессе горячей ковки стальные заготовки или заготовки подвергают индукционному нагреву или нагреву до температуры выше точки рекристаллизации металла в кузнечной печи или сушильном шкафу. Этот экстремальный нагрев необходим, чтобы избежать деформационного упрочнения металлов во время деформации. Из-за пластичного состояния металла ему можно придать довольно сложную форму. Металл сохраняет пластичность и пластичность.
Для ковки некоторых металлов, таких как суперсплавы, используется тип горячей ковки, называемый изотермической ковкой. Здесь форма нагревается примерно до температуры заготовки, чтобы избежать охлаждения поверхности деталей в процессе ковки. Ковка иногда выполняется в контролируемой атмосфере, чтобы свести к минимуму образование оксидной окалины.
Традиционно для изготовления деталей производители выбирают горячую ковку, поскольку она позволяет материалу деформироваться в пластичном состоянии, облегчая обработку металла. Горячая ковка также рекомендуется для деформации металла с высокой формуемостью, которая является показателем того, какую деформацию металл может выдержать без образования дефектов. Другие соображения по поводу горячей штамповки включают:
Производство отдельных деталей
Средняя и низкая точность
Низкий уровень стресса или низкая трудоемкость
Однородная структура зерна
Повышение пластичности
Устранение химической несовместимости и пористости
К возможным недостаткам горячей штамповки можно отнести:
Менее точные допуски
Материал может деформироваться в процессе охлаждения.
Различные структуры металлических зерен
Возможные реакции между окружающей атмосферой и металлами (накипь)
Холодная ковка (или холодное формование)
Холодная ковка вызывает деформацию металла ниже точки его рекристаллизации. Холодная ковка значительно повышает прочность на растяжение и предел текучести при одновременном снижении пластичности. Холодная ковка обычно выполняется при температуре, близкой к комнатной. Наиболее распространенным металлом для холодной ковки обычно является стандартная сталь или углеродистая легированная сталь. Холодная ковка обычно представляет собой процесс закрытой штамповки.
Когда металл уже является мягким металлом (например, алюминием), обычно предпочтительнее холодная ковка. Этот процесс обычно дешевле, чем горячая ковка, а конечный продукт почти не требует точной обработки. Иногда при холодной ковке металла в нужную форму термическую обработку проводят после снятия остаточных поверхностных напряжений. Из-за повышения прочности металла за счет холодной ковки материалы более низкого качества иногда могут использоваться для изготовления пригодных для использования деталей, которые нельзя изготовить из того же материала путем механической обработки или горячей ковки.
Производители могут выбрать холодную ковку, а не горячую ковку по разным причинам, потому что детали, изготовленные методом холодной ковки, требуют малой или нулевой точной обработки, и этот этап производственного процесса обычно является необязательным, что позволяет сэкономить деньги. Холодная ковка также менее подвержена загрязнению, что приводит к улучшению общего качества поверхности компонентов. К другим преимуществам холодной ковки относятся:
Легче назначать характеристики направленности
Улучшить воспроизводимость
Увеличить контроль размера
Работа с высокими нагрузками и высокими нагрузками на пресс-формы
Изготовление чистых или почти чистых деталей
Некоторые возможные недостатки включают в себя:
Перед ковкой поверхность металла должна быть чистой и свободной от оксидной окалины.
Плохая пластичность металлов.
Остаточное напряжение может возникнуть
Нужно более тяжелое и мощное оборудование
Нужны более мощные инструменты
Теплая ковка
Теплую ковку проводят при температурах ниже температуры рекристаллизации, но выше комнатной температуры, чтобы преодолеть недостатки и получить преимущества горячей и холодной ковки. Образование оксидной пленки не является проблемой, и по сравнению с горячей ковкой допуск может быть меньше. По сравнению с холодной ковкой стоимость пресс-формы ниже, а усилие, необходимое для изготовления, также ниже. По сравнению с холодной обработкой он уменьшает деформационное упрочнение и улучшает пластичность.
Приложение
В автомобильной промышленности ковка используется для изготовления деталей подвески, таких как промежуточный рычаг и ось, а также деталей трансмиссии, таких как шатун и трансмиссия. Поковки обычно используются для штоков, корпусов клапанов и фланцев трубопроводной арматуры, иногда из медного сплава для повышения коррозионной стойкости. Ручные инструменты, такие как гаечные ключи, обычно кованые, с большим количеством проволочных тросов.