>>> Перейти на полную версию сайта >>>

Профессиональное обучение

Ручная ковка

Виды дефектов поковок. Способы устранения внешних дефектов

Виды дефектов поковок. В процессе нагрева, ковки и отделочных операций вследствие случайного нарушения технологических режимов, возможного наличия в заготовках скрытых дефектов, а также неудачного выбора последовательности выполнения операций и неправильного подбора используемого инструмента в поковках могут появиться дефекты. Одни из них являются неисправимыми, а другие можно устранить с помощью дополнительных завершающих операций.

К неисправимым дефектам относятся глубокие трещины, расслоения, неметаллические включения, глубокие зажимы, пустоты и трещины в центральной части поковок, пережог.

Исправимыми дефектами являются мелкие неглубокие поверхностные трещины и зажимы, волосовины, плены, окалина, вмятины, крупнозернистая структура, низкая или, наоборот, повышенная твердость металла.

Мелкие и глубокие продольные и поперечные трещины могут появляться в поковках по многим причинам, например из-за наличия трещин и глубоких рисок внутри и на поверхности исходных слитков или проката, при неправильном режиме нагрева и охлаждения. Последнее особенно характерно для обработки заготовок больших сечений из легированных сталей. Трещины могут также возникать при деформировании подстывших заготовок, при ковке с деформациями, превышающими пластичность металла.

Трешины на поверхности поковок наблюдаются в виде темных прямых или искривленных полос, видимых невооруженным глазом. Внутренние трещины могут быть обнаружены рентгеновским или ультразвуковым методом контроля.

Такой неисправимый дефект, как пустоты (’’свищи”, ”скворешники”) в центре поковок (рис. 9.1, а), появляется при неправильном выполнении протяжки.

Плены обнаруживаются в виде закованных в тело поковки тонких поверхностных пленок (рис. 9.1, б). Края плен похожи на трещины, но при попытке раскрыть такую ’’трещину” острым предметом обнаруживается, что это тонкий слой металла. В виде плен также заковываются б поковку не удаленные вовремя тонкие заусенцы. При выполнении гибки на изгибаемом участке поковки плены раскрываются, приобретая вид чешуек, и легко обнаруживаются визуально невооруженным глазом.

Рис. 9.1. Дефекты поковок:
а - пустоты, б - плены, в - зажимы, г - глубокие дефекты; 1 - топор, 2 - трещина, 3 - заготовка

Зажимы (рис. 9.1, в) часто появляются в случае осадки кромок или уступов поковки при малой подаче а. Под инструментом при ударе или нажатии сначала образуются складки, которые при дальнейшей деформации заковываются и приводят к образованию зажима — дефекта, похожего на трещину.

Вмятины чаще всего возникают при неаккуратной работе кузнецов. Окалина с поверхностей наковальни и заготовки при деформации внедряется в тело поковки. После очистки от окалины на поковке появляются вмятины. Этот дефект в виде местного углубления также возникает при ударе углом кувалды или молотка по гладкой поверхности нагретой поковки. Вмятины увеличивают припуск на механическую обработку, а также трудоемкость изготовления деталей.

Окалина, как известно, образуется не только при нагревании заготовки в печи или горне, но возникает вновь и при остывании поковки по окончании ковки. Такая окалина, называемая вторичной, не является дефектом и удаляется различными методами перед отправкой поковок для дальнейшей обработки в механический цех.

Расслоение возникает чащего всего при низком качестве исходного металла (вследствие недостаточного прогрева заготовки и ее ковки с повышенными степенями деформаций). Этот дефект, как правило, охватывает большой объем металла и имеет значительную глубину. Исправить такую поковку практически невозможно.

Дефекты, обнаруженные при ковке, по возможности должны быть фазу же ликвидированы изложенными ниже способами, поскольку ковка дефектной заготовки может привести к получению поковки с неисправимыми дефектами. Такие поковки являются негодными, их бракуют и отправляют на переплавку. Поковки, имеющие дефекты, которые можно устранить, подвергают дополнительным завершающим операциям, с тем чтобы поковки стали годными для дальнейшей обработки. Выбор операции зависит от вида дефекта, который необходимо ликвидировать.

Дефекты структурного характера (перегрев и пережог) возникают, как известно, при неправильном режиме нагрева. Если пережженный металл является окончательным браком, то крупнозернистая структура перегретого металла относится к исправимому дефекту. Получение требуемой структуры и определенной твердости готовых поковок обеспечивается их термической обработкой на заключительной стадии изготовления.

Способы устранения внешних дефектов могут быть разделены на три группы. К первой группе относятся способы устранения дефектов путем снятия значительного внешнего слоя с поверхности поковки, ко второй — способы устранения дефектов дополнительным пластическим деформированием, к третьей — способы устранения окалины путем удаления либо только окисленного слоя, либо окисленного слоя и незначительного поверхностного слоя поковки.

С помощью способов первой группы, к которым относятся вырезка, вырубка и зачистка, удаляют такие дефекты, как трещины, плены, складки, зажимы и др. Если указанные дефекты обнаружены в процессе ковки, их устраняют в горячем состоянии поковки, не дожидаясь конца ковки и охлаждения поковки, поскольку продолжение ковки может увеличить дефект или скрыть его.

Глубокие дефекты удаляют в горячем состоянии заготовки вырубкой специальным топором (рис. 9.1, г) . Топор 1 внедряют в заготовку 3 так, чтобы вырубить дефектный участок вместе с трещиной 2. Форма выемки, ее кромки должны иметь плавные переходы во избежание возникновения при дальнейшей ковке новых трещин или зажимов. В связи с этим режущая кромка топора должна быть гладкой, скругленной и хорошо заточенной.

Удаление внешних дефектов на охлажденной поковке выполняют вырубкой пневматическим зубилом, зачисткой абразивными кругами, огневой зачисткой. Прежде чем начать удаление дефекта на готовой поковке, следует установить следующее: допустима ли выемка,образующаяся при удалении дефекта, требованиями к поковке; не будет ли глубина выемки превышать припуск на механическую обработку; допустима ли заварка выемки конструктивными требованиями к будущей детали. Если технические требования допускают намечаемое удаление дефекта, то его выполняют одним из перечисленных ниже способов.

Дефекты на крупных поковках удаляют вырубкой пневматическими зубилами. Лезвие зубил затачивают с закруглением; углы заточки для обработки мягких сталей должны быть равны 45 ... 50 °, для обработки более твердых сталей — 60 ... 75 °. Пневматические зубила с указанной заточкой лезвия особенно удобны для вырубки волосовин, плен, трещин несложной конфигурации.

Зачистка абразивными кругами рекомендуется для удаления на мелких и средних по массе поковках (до 30 кг) разнообразных дефектов — трещин, плен, зажимов, заусенцев, образовавшихся при отрубке или пробивке отверстий, ненужных выступающих частей и др. Этот метод зачистки иногда также применяют для предварительной обработки базовых поверхностей на поковках. Крупные поковки зачищают с помощью переносных пневматических или электрических наждачных станков.

На участке ручной ковки пользуются стационарным станком с двумя наждачными кругами (рис. 9.2). При применении наждачного станка следует строго соблюдать правила работы на нем, так как шлифовальные круги 1 вращаются с большой частотой, не выдерживают резких и ударных нагрузок, поскольку изготовлены хотя и из очень твердого, но хрупкого искусственного корунда. Требования к кругам для обдирки поковок (их форме, окружной скорости и др.), сведения о защитных устройствах, правила эксплуатации изложены в соответствующих ГОСТах (2424-83, 2270-78).

Рис. 9.2. Стационарный наждачный станок :
1 - шлифовальные круги, 2 - станина

Огневую зачистку применяют для устранения дефектов крупных поковок. Этот способ заключается в нагревании дефектного поверхностного слоя поковки до температуры горения металла в кислороде и последующем его сжигании в струе кислорода. Огневая зачистка осуществляется специальными газокислородными резаками; горючий газ подают для нагревания поверхности металла, а кислород — для сжигания газа и огневой зачистки поверхности. Рассмотренным способом несложно зачищать поверхности поковок из низкоуглеродистых сталей. Зачистка же легированных сталей требует предварительного нагрева поковки до 200 . . . 250 ° С, применения специальных флюсов и др.

К дефектам, ликвидируемым способами второй группы, т. е. дополнительной пластической деформацией, относятся отклонения формы и размеров поковок от требуемых чертежом: искривление осей поковок; отклонения поверхностей от перпендикулярности и параллельности; неточность размеров; отклонение от соосности отверстий и др. Перечисленные дефекты могут возникнуть при охлаждении поковок, после сварки, в результате износа измерительного инструмента, из-за невнимательности рабочего.

Дефекты в зависимости от их величины, а также от прочности, жесткости и габаритных размеров поковки могут быть устранены в холодном или горячем состоянии, на наковальне, в тисках, а при наличии на участке соответствующего оборудования — с помощью правильного ручного или небольшого гидравлического рихтовочного пресса.

Искривление поковки типа стержня устраняют дополнительной гибкой и правкой на наковальне, а также на гидравлическом или ручном прессе. Неточность размера по диаметру или высоте исправляют либо дополнительной осадкой и протяжкой, либо дополнительной протяжкой и последующей осадкой. В тех случаях, когда металл поковки, имеющей небольшие размеры, обладает высокой пластичностью, дополнительную осадку можно выполнить и в холодном состоянии. В серийном и массовом производстве рассмотренные дефекты устраняют на прессах или молотах с использованием штампов либо специальных механизированных машин и приспособлений. При ликвидации дефектов способами второй группы практически никаких изменений в качестве металла не происходит, и если дефекты удалось устранить, поковки без дополнительного контроля могут быть отправлены заказчику.

К третьей группе относятся различные способы очистки от окалины. Наибольшее распространение в кузнечном производстве получили галтовка в барабанах, дробеметная и дробеструйная очистки, травление в ваннах, а также очистка вручную металлической щеткой. Выбор способа очистки зависит от требований, предъявляемых к поверхности, серийности производства, а также формы и размеров поковок.

Окалина с поверхности поковок должна быть удалена перед отправкой в механический цех или заказчику по нижеследующим причинам. Так как она является очень твердым веществом, при механической обработке поковок режущий инструмент быстро изнашивается; кроме того, из окалины образуется вредная для здоровья пыль. Окалина, имеющая большую толщину, оказывает влияние на точность установки поковки на станках и точность деталей. Слой окалины затрудняет также обнаружение возможных поверхностных дефектов. Не очищенные от окалины поковки нельзя красить и наносить на них какие-либо покрытия, так как в последующем любые покрытия отлетают вместе с окалиной.

Галтовка в специальных металлических барабанах (рис. 9.3) является наиболее дешевым способом очистки от окалины небольших по размерам и простых по форме поковок. В цилиндрический корпус 8 барабана загружают поковки 7 с чугунными ’’звездочками”, гравием и другими, смягчающими удары, материалами. Крышку 4 плотно закрывают и фиксируют запорами 3. Барабан, установленный на подшипниках 2, приводится во вращение от привода, состоящего из электродвигателя 6 и редуктора 5. При вращении барабана окалина вследствие взаимного трения и соударения поковок удаляется с поверхности последних. Частота вращения галтовочных барабанов составляет 20 ... 40 об/мин, производительность — 0,4 . . . 2 т/ч при продолжительности очистки от 20 мин до нескольких часов в зависимости от толщины слоя окалины и формы поковок. Недостатком галтовки в металлическом барабане является то, что от окалины не очищаются поверхности отверстий; кроме того, если поковки имеют тонкие ребра и острые грани, то при обработке грани подвергаются скруглению, а тонкие ребра могут деформироваться. Вследствие этого в галтовочных барабанах рекомендуется подвергать очистке поковки прямолинейной обтекаемой формы без тонких ребер и отверстий. Один галтовочный барабан используют для обслуживания нескольких участков ручной и машинной ковки. Поскольку при работе рассматриваемой установки возникает большой шум и в барабане образуется много пыли, установку располагают в отдельном помещении, а пыль удаляют через трубы 1. Некоторые типы галтовочных барабанов устанавливают с наклоном оси вращения на угол до 30 °, что способствует лучшему перемещению поковок и облегчает их выгрузку.

Рис. 9.3. Барабан для очистки поковок от окалины:
1 - трубы, 2 - подшипники, 3 - запоры, 4 - крышка, 5 - редуктор, 6 — электродвигатель, 7 - поковки, 8 - корпус

Наиболее современным и универсальным способом удаления окалины является дробеметная очистка в специальных установках (рис. 9.4). Сущность этой очистки состоит в обработке поковок потоком стальной или чугунной дроби Ø 1,5 ... 2 мм.

Рис. 9.4. Установка для дробеметной очистки поковок от окалины:
1 - бункер, 2 - колесо с лопатками, 3 - вентиляционная труба, 4 - колесо-стол, 5 - шнек, 6 - поток дроби, 7- элеватор

Вращающееся колесо 2 с лопатками выбрасывает поток дроби 6 на решетчатое колесо-стол 4 с находящимися на нем очищаемыми поковками. Использованная дробь ссыпается в сборочный шнек 5, который передает ее на элеватор 7; последний поднимает дробь в бункер 1. Вся установка находится в камере, из которой образовавшаяся при очистке пыль отсасывается вентилятором по трубе 3 через специальные фильтры. Дробемегная установка с вращающимся столом может применяться как в условиях мелкосерийного, так и в условиях единичного производства, включая обслуживание участков ручной ковки. Форма поковок в данном случае может быть любой, однако плохо очищаются поверхности глубоких отверстий малого диаметра. Помимо рассмотренной дробеметной установки с вращающимся столом на различных производствах используют установки с ленточными барабанами, камерные и др.

В отличие от дробеметных установок в дробеструйных аппаратах поток дроби разгоняется с помощью специальной головки сжатым воздухом. Такая установка позволяет очищать поковки любой формы с тонкими стенками и высокими ребрами, а также стенки отверстий. В результате воздействия дроби поверхностный слой поковки упрочняется: твердость металла увеличивается на 20 . . . 40 % на глубине ~ 0,3 мм. Однако очистка в дробеструйных аппаратах в 5 ... 7 раз дороже, чем в дробеметных.

Очистку поковок сложной формы с глубокими отверстиями, а также особо ответственного назначения осуществляют химическим травлением. Последнее хорошо выявляет даже мельчайшие трещины и неметаллические включения на поверхности поковок, тогда как дробеметная обработка забивает их и затрудняет контроль качества поверхности. Поковки для травления поступают сначала в ванну с водным раствором нагретой до 50 ... 60 ° С серной или соляной кислоты, а затем — в ванну с горячей проточной водой для промывки. Иногда процесс заканчивают в горячем известковом растворе для нейтрализации остатков кислоты. Время травления зависит от толщины окисленного слоя, а также толщины основного металла, стравливаемого кислотой.

Травильные установки размещают в отдельных, изолированных от остальных участков помещениях с мощными отсасывающими устройствами, обеспечивающими удаление вредных паров кислоты.

Очистка поковок от окалины химическим травлением в несколько раз дороже дробеметной и ~ на 50 % — дробеструйной; кроме того, она требует значительных капитальных вложений, отдельных помещений и систем очистки воздуха. Поэтому этот метод очистки применяют значительно реже, чем рассмотренные выше.