>>> Перейти на мобильную версию сайта >>>

Профессиональное обучение

Ручная ковка

Операции ручной ковки

Гибка

Общие сведения. Гибкой называется кузнечная операция образования или изменения углов между отдельными частями поковки.

Рассмотрим процесс формирования заготовки и течение металла при гибке. Прямоугольный или круглый пруток изгибается в пластическом состоянии на некоторый угол а (рис. 6.19, а). Под действием внешних сил в различных частях заготовки возникают разные напряжения: во внешних слоях — напряжения растяжения, во внутренних — сжатия. Эти напряжения, в свою очередь, вызывают во внешних слоях деформацию растяжения, а во внутренних — сжатия. В результате длина слоев металла, прилегающих к внешней зоне, увеличивается, к внутренней — уменьшается. Между внутренними и внешними слоями располагается так называемый нейтральный слой / - /, который не деформируется.

Чем дальше слои металла расположены от нейтрального слоя, тем большим деформациям подвергается металл этих слоев в процессе гибки. Поскольку деформация растяжения сопровождается уменьшением площади поперечного сечения заготовки, а деформация сжатия — ее увеличением, то при гибке наблюдается сложное изменение формы. Так, при гибке квадратного или прямоугольного прутка растяжение внешних слоев вызывает уменьшение верхней стороны сечения, а сжатие внутренних — увеличение его нижней стороны (рис. 6.19,6). Если изгибается круглый пруток, то его поперечное сечение приобретает овальную форму (рис. 6.19, в). Так как длина нейтрального слоя не изменяется, то и ширина заготовки в этом сечении остается без изменения. В зоне изгиба уменьшается площадь поперечного сечения заготовки, уменьшается также ее толщина на величину Δа =а₀ - а₁, называемую утяжиной (см.рис.6.19,а).

Рис. 6.19. Деформация заготовки (а ... в) и напряжения в металле (г) при гибке:
I ... 3 - соответственно наружный, нейтральный и внутренний слои заготовки

Технологический процесс гибки должен быть построен так, чтобы во внешних слоях заготовки не появлялись трещины, а во внутренних — грубые складки.

На практике кузнецам часто приходится подвергать гибке тонкие полосы в холодном состоянии. Этот процесс в отличие от гибки толстых полос в нагретом состоянии имеет следующие особенности: упругие деформации заготовки соизмеримы с пластическими; деформируемый металл имеет пониженную пластичность и упрочняется в процессе изгиба. На рис. 6.19, г дана эпюра напряжений при гибке тонкой холодной полосы. Под действием внешних сип во внутренних слоях 3 заготовки возникают напряжения сжатия ( - σ ), в наружных 1 — напряжения растяжения (+ σ ). В слоях 1 и 3 напряжения превышают предел текучести металла (ат), поэтому металл в них деформируется пластически. Внутренний слой 2 находится в упругом состоянии, так как в нем напряжения не превышают предела текучести металла. Под действием указанных напряжений внутренние слои 3 сжимаются, наружные 1 растягиваются, а в слое 2 металл деформируется упруго.

Напряжения растяжения (наиболее опасные) во внешнем слое заготовки тем больше, чем меньше радиус изгиба г. При чрезмерно малом радиусе изгиба напряжения и деформации увеличиваются настолько, что вызывают разрушение в виде трещин на наружной поверхности изгибаемой полосы. Для того чтобы металл при гибке не разрушался, необходимо выполнять два следующих условия: 1) радиус изгиба г должен быть больше минимально допустимого для данного металла (r_min); 2) заготовку следует гнуть в таком направлении, чтобы волокна были направлены поперек ребра гибки. Минимально допустимый радиус изгиба r_min зависит от пластичности металла, толщины S заготовки, угла гибки а и направления волокон. Ниже приведены значения минимально допустимых радиусов изгиба при холодной гибке некоторых металлов и сплавов.

Как отмечалось выше, холодная гибка полос сопровождается значительной упругой или обратимой деформацией. Упругая деформация проявляется в пружинении заготовки, ее распрямлении после гибки и снятия нагрузки. Угол пружинения зависит от упругих свойств металла, толщины изгибаемой полосы, радиуса изгиба и других факторов. Поскольку расчетным способом учитывать пружинение весьма сложно, при ковке неточность поковки, вызванная пружинением, корректируется гибкой заготовки на угол, немногим больший требуемого, и окончательной правкой.

Учет угла пружинения необходим при изготовлении приспособлений (подкладного штампа, например), так как переделка приспособлений — процесс трудоемкий и дорогостоящий. В подобных случаях угол пружинения определяют путем предварительных расчетов.

Способы гибки. В зависимости от форм исходной заготовки (пруток, полоса, лист) и изготовляемой поковки пользуются различными приемами гибки, которые должны обеспечивать получение поковок без трещин, а также без искажения формы поперечного сечения и утяжины в месте изгиба. Перед гибкой заготовку нагревают до ковочной температуры, причем если есть возможность, то нагрев осуществляют только в месте изгиба.

Для того чтобы заготовка в месте изгиба не имела утяжину, участок, подвергаемый гибке, с внешней стороны должен иметь утолщение (рис. 6.20, а). Оно может быть получено высадкой средней части заготовки или путем протяжки ее концов и сохранения первоначального сечения в месте изгиба. Заготовку 3 с утолщением кладут на наличник наковальни 1, сверху на нее ставят кувалду 2 и ударами ручником изгибают на нужный угол.

Рис. 6.20. Способы (а ... в) ликвидации утяжины:
1 - наковальня, 2 - кувалда, 3,5 - заготовки, 4,6 - поковки

Для местной высадки длинной заготовки участок гибки нагревают до ковочной температуры, затем одним концом заготовки ударяют по толстой металлической плите (направление удара должно быть перпендикулярно плите). Под действием инерционных сил верхнего конца нагретое место осаживается. Подобную высадку можно выполнить, оперев заготовку о наковальню и сбоку нанося удары по торцу второго конца.

Если нужно изогнуть короткую заготовку, целесообразно сначала выполнить гибку, а затем путем последующей высадки в месте изгиба осуществить набор металла (рис. 6.20, б), нанося удары по торцу изогнутой части заготовки. После высадки деформированную часть заготовки правят.

Чаще всего при ручной ковке гибку осуществляют методом попеременной высадки и гибки. После изгиба заготовки на небольшой угол одну из ее сторон подвергают такой высадке, чтобы ликвидировать образовавшуюся утяжину. Чередуя гибку на небольшой угол с осадкой, изгибают заготовку на нужный угол, ликвидируя после каждого перехода утяжину.

Изготовление изогнутой поковки с острым углом (рис. 6.20, в) осуществляется в четыре перехода. Сначала высаживают утолщение в месте изгиба, затем (например, вставив заготовку в отверстие наковальни) ударами кувалдой или ручником изгибают заготовку на нужный угол. Третий переход, называемый ’’протяжкой угла”, осуществляют с целью перемещения предварительно набранного металла в направлении вершины острого угла. Протяжку выполняют на наковальне ударами ручником или кувалдой так, как показано стрелками на приведенном рисунке. Такие удары обеспечивают течение металла в направлении острого угла заготовки. Для облегчения окончательной отделки угла рекомендуется: при гибке поковки 4 с закругленной внешней поверхностью (см. рис. 6.20, а) исходную заготовку 3 высаживать с закругленным утолщением; при гибке поковки 6 с острой внешней кромкой заготовку высаживать по форме 5.

Рассмотренными способами изготовляют поковки с различными углами — прямоугольными, тупыми и острыми. В своей практике кузнецы применяют разнообразные способы гибки. Выбор способа гибки и используемого инструмента зависит от формы изготовляемой поковки.

Гибку полосовой заготовки можно осуществлять как на наковальне без дополнительного инструмента, так и пользуясь специальными приспособлениями и инструментом. При гибке полосы на наличнике наковальни (рис. 6.21) применяют и кувалду, и ручник, а при гибке на роге наковальни — либо ручник, либо кувалду. При гибке полосы с использованием углового нижника (рис. 6.21, а) последний хвостовиком вставляют в квадратное отверстие наковальни, кладут на него заготовку, а на заготовку посередине паза нижника устанавливают соответствующую подбойку. Затем несильными ударами кувалдой производят гибку полосы. При гибке полосы с закругленным внешним углом изгиба пользуются нижником с полукруглым пазом.

Рис. 6.21. Приемы гибки (а ... г) с использованием дополнительного инструмента и приспособлений

При выполнении предварительной гибки заготовок часто пользуются универсальными приспособлениями. На рис. 6.21, б показан прием гибки на подкладной скобе, которую крепят изогнутым концом в квадратном отверстии наковальни. Изгибаемую полосу кладут перпендикулярно ребрам скобы и с помощью подбойки кувалдой осуществляют предварительную гибку.

При изготовлении небольших гнутых поковок из полосового материала, например П-образной поковки, пользуются оправками в форме брусков прямоугольного сечения (рис. 6.21, е). Оправку с зажатой клещами заготовкой устанавливают на край наковальни и, используя как опору, ручником выполняют гибку.

Предварительную гибку круглого или квадратного прутка осуществляют либо в вилке (рис. 6.21, г) уставленной хвостовиком в квадратное отверстие наковальни, либо на плите с помощью переставных шпилек и рычага. Переставляя шпильки и подбирая для них соответствующие места на плите, пруток можно изогнуть практически на любой угол.

Для гибки пруткового металла часто пользуются носком наковальни. На рис. 6.22, а . . . г показаны переходы ковки небольшого ушка на конце круглого прутка. Нагретый конец заготовки ставят поперек носка наковальни на участке, диаметр которого близок к диаметру отверстия ушка (рис. 6.22, а). Нагретый конец изгибают, нанося удары ручником или кувалдой. Перевернув заготовку на 180 °, ставят ее на ребро наковальни с вылетом, равным развернутой длине ушка (рис. 6.22, б). Слабыми ударами изгибают выдвинутую часть на 45 . . . ... 60 °. Снова перевернув заготовку на 180 °, догибают ушко, поставив поковку на носок наковальни (рис. 6.22, в). После очередной кантовки заготовки на 180 ° ушко надевают на носок наковальни (рис. 6.22, г) и легкими ударами ручником заканчивают ковку.

Рис. 6.22. Последовательность изготовления круглого ушка (а ... г) и гибка утолка на колодке (д)

Гибку фасонных профилей, например угольника, выполняют на наковальне, изгибая заготовку вокруг колодки, вставленной хвостовиком в квадратное отверстие наковальни (рис. 6.22, д). В колодке сверху имеется отверстие, в которое вставляют П-образную скобу, прижимающую одну сторону уголка к скобе. В зависимости от формы изгибаемого угла используют острый, прямоугольный или закругленный угол колодки. Перед гибкой уголка под прямым углом необходимо в месте изгиба вырубить часть той полки уголка, которая при гибке сложилась бы в складку.

Гибку трубы производят, вставив ее в подходящее отверстие кузнечной формы (см. рис. 5.7, б). Для того чтобы в месте изгиба труба не сплющивалась и не образовывались складки, ее предварительно наполняют песком, а в концы забивают пробки.

Дефекты при гибке. При изучении различных приемов гибки рассматривались причины возможного появления дефектов в поковках. К основным дефектам, возникающим в процессе гибки, относятся: утяжина в месте изгиба, трещины, складки, неточности размеров и формы.

Образование утяжины, подробно рассмотренное ранее, приводит не только к искажению формы поковки, но и к уменьшению прочности детали. Утяжину ликвидируют как предварительным набором металла в месте изгиба, так и высадкой заготовки в процессе гибки.

Появление трещин на внешней поверхности заготовки на участке гибки чаще всего возможно, если изгибают металл с низкой пластичностью, т. е. в холодном или подстывшем состоянии. Гибка, например, заготовки из дюралюминия в холодном состоянии сопровождается не только образованием трещин, но и полным разрушением металла. Высокие требования к режиму гибки предъявляются при обработке высокоуглеродистых и легированных сталей и других сплавов (см. гл. 10). Выбор рационального режима гибки заключается в правильном выборе температуры обработки, схемы гибки, оптимального минимального радиуса изгиба, последовательности переходов и др.

При гибке заготовок на большие углы необходимо, чтобы с внутренней стороны угла поковки не образовывались складки, так как они являются концентраторами напряжений и снижают прочность детали.

Дефект в виде неточности размеров появляется чаще всего при неточном определении длины (объема) исходной заготовки. Если при расчете допущена ошибка, поковка получается либо длиннее требуемой, либо короче.

Неточность формы является следствием неправильно выбранных переходов гибки, некачественной подготовки исходной заготовки, неправильного подбора необходимого инструмента или способа гибки, а также недостаточного опыта кузнеца.

Безопасность труда. Требования безопасности, которые следует выполнять при гибке, связаны с некоторыми ее особенностями. В случае гибки заготовок с последующей высадкой (см. рис. 6.20, б) обрабатываемая поковка имеет низкую устойчивость. При неточном ударе она может вылететь из-под ударного инструмента и нанести травму рабочему. Сказанное относится также к гибке с переменной высадкой. Горячая ковка поковок с протяжкой острого угла (см. рис. 6.20, в) также характеризуется слабой фиксацией заготовки клещами. При ковке необходимо чувствовать силу удара и правильно выбирать его направление. Изгибая пруток в вилке (см. рис. 6.21, г). следует проверить качество отверстия в наковальне, а также хвостовика вилки: хвостовик должен плотно, но свободно входить в фиксирующее квадратное отверстие в наковальне.