К основному оборудованию для ручной горячей кузнечной обработки относятся: стационарный кузнечный горн, воздуходувка и вытяжка продуктов горения. В ремонтных мастерских применяется также полевой (передвижной) кузнечный горн.
Кузнечный горн состоит из следующих частей: горна вентиляционной установки, подающей воздух в горн, сопла, конуса, которым заканчивается сопло, вытяжного устройства и резервуара для воды.
Есть несколько видов воздуходувок, подающих воздух под давлением к горну.
Наиболее старым и простым по конструкции устройством является кузнечный мех, приводимый в движение ручным или механическим способом. К новым конструкциям воздуходувок относятся вентиляторы: крыльчатые, лопастные или турбинные. В полевом кузнечном горне чаще всего применяется кузнечный мех с ручным или ножным приводом.
Применяются два способа удаления продуктов горения: естественная и искусственная вытяжки. Естественная осуществляется с помощью вытяжной трубы, искусственная – специальным воздуховодом с вентилятором.
В кузнечном горне в качестве топлива используется кокс, антрацит, каменный или древесный уголь. Кокс может быть металлургический (твердый, светло-серебристого цвета, в кусках, пористый, не пачкает рук, теплотворная способность примерно равна 700 ккал/кг) и газовый (куски темного цвета, небольшого размера, мягкий, малопористый, пачкает руки, обладает более низкой теплотворной способностью).
К основным кузнечным операциям, выполняемым вручную, относятся: разрезание, гибка, высадка, формование, вытяжка, пробивание и горновая (кузнечная) сварка.
При нагревании стали в среде горящего кокса в кузнечном горне возможны (например, вследствие низкой квалификации или невнимательности работника) следующие нежелательные изменения механических свойств стали:
уменьшение ковкости вследствие насыщения серой (кокс содержит от 0,25 до 2,5 % серы);
обгорание (говорят, что сталь «горит»). Внешнее проявление обго-рания стали – появление при ковке снопа ослепительно белых искр, образующихся на поверхности нагреваемой стали. Обгоревший участок стали не пригоден ни для кузнечной сварки, ни для других видов обработки; его нужно отрезать;
окисление (атомы железа на поверхности материала соединяются с кислородом воздуха, появляется окись железа, которая отделяется от стали во время ее охлаждения в виде так называемой окалины);
поверхностное обезуглероживание – если в горне за счет сильного дутья появляется излишек кислорода;
науглероживание – если в горне из-за недостаточного дутья возникает недостаток кислорода.
В период окончательного нагревания в горне изделие посыпают сухим и сыпучим песком для предотвращения обгорания стали. При этом замедляется нагревание поверхности стали и в то же время ускоряется сквозное прогревание металла.
Время нагрева изделия зависит прежде всего от типа горна, а также от формы и величины изделия. При нагревании изделия в кузнечном горне следует постоянно следить за изделием, систематически его поворачивать, не допуская перегрева. В период нагревания до требуемой температуры изделие нужно несколько раз вынуть из горна на короткое время с целью выравнивания температуры и прогревания изделия насквозь, без пережога граней или поверхности.
5.2. Механическая горячая обработка
Механической горячей называется обработка металла, нагретого до температуры выше температуры рекристаллизации (для стали – в пределах от 750 до 1350 °C), позволяющая получить изделия требуемой формы при помощи специальных машин и механизмов.
Различают два вида механической ковки – свободная и в горячих (кузнечных) штампах.
Для выполнения механической свободной ковки вручную или механизированным способом обрабатываемый металл укладывают на наковальню и придают ему необходимую форму, ударяя молотом и постепенно поворачивая изделие. Иногда ковка на молотах заменяется свободным горячим прессованием на механических или гидравлических прессах.
Ковкой в горячих штампах называется ковка молотом нагретого металла, помещенного в ручей штампа.
Для горячей механической обработки давлением используются машины двух видов: молоты и прессы.
Молот – это машина, придающая нагретому металлу форму путем удара, а пресс придает металлу форму, постепенно оказывая на него давление.
Молоты по конструкции и технологическим особенностям подразделяются на паровые, паровоздушные, падающие с фрикционными дисками и пружинные.
Прессы подразделяются на гидравлические, парогидравлические, винтовые, фрикционные, эксцентриковые, кривошипные и пружинные.
Принцип действия и конструкция механических молотов отличается от принципа действия и конструкции прессов. Молоты, в отличие от прессов, вызывают сотрясение пола и здания.
Кузнечный штамп представляет собой две стальные толстые плиты, на рабочих поверхностях которых выполнены углубления, называемые ручьями, соответствующие форме обрабатываемой детали.
Для горячей объемной ковки и штамповки применяют два вида горячих штампов: открытые, имеющие только нижние ручьи, и закрытые, имеющие ручьи в обеих половинках штампа. Они могут быть одно– и многоручьевыми.
В зависимости от конструкции и массы штампуемой детали штампы могут быть одноместными (для одной детали) и многоместными (для штамповки двух и более деталей).
По сравнению со свободной ковка в штампах имеет ряд преимуществ: большая производительность, меньшая стоимость производства при значительных объемах выпуска поковок, более высокие механические свойства поковок, меньший расход материала, возможность изготовления заготовок сложной формы, по форме приближающихся к готовым деталям, получение более точных размеров и чистой поверхности, простота работы, а также возможность использования работников сравнительно низкой квалификации.
Для ковки или горячей штамповки металл, в зависимости от производственных возможностей, может нагреваться в горнах, газовых или мазутных (нефтяных), электрических печах или на специальных электрических установках.
Перед закреплением штампа на молотах или прессах следует провести его наружный осмотр. Поврежденные или вышедшие из строя штампы использовать нельзя. Исправные штампы нужно правильно установить и надежно закрепить. Затем штамп подогревают до температуры 200–300 °C и выполняют пробную поковку из материала изделия.
При использовании свинца в качестве металла для проверки правильности установки штамп подогревают до 100–150 °C. Нельзя использовать штампы, если в процессе штамповки они нагрелись до температуры 500 °C; в этом случае следует прервать работу. Перед тем, как приступить к ковке, матрицу нужно смазать смесью масла с графитом или обсыпать тонким слоем мокрых опилок. Таким образом поковку предохраняют от приваривания к стенкам ручья. Нагретый и подготовленный к обработке материал нужно очистить от окалины. Очистка производится ударами или поливанием водой.
Холодной обработкой металла давлением, обычно называемой холодной штамповкой, холодным волочением или выдавливанием, называется обработка с целью изменения внешних форм металла за счет давления без изменения его физико-механических свойств. Холодная обработка металла давлением обычно осуществляется при комнатной температуре или при температуре ниже температуры рекристаллизации.
Штамповкой называется процесс придания изделию формы в штампе (в холодном или подогретом состоянии) с нарушением или без нарушения целостности (сплошности) материала.
По числу выполняемых операций штампы делятся на одно– и многооперационные.
Применяются следующие виды холодной штамповки: без физического отделения материала и без нарушения его сплошности; с отделением материала и нарушением его сплошности.
К процессам штамповки листового пли полосового материала, при которых материал отделяется или нарушается его сплошность, относятся: отрезание или разрезание заготовки на части с помощью ножниц или штампов, вырубание и пробивание заготовки для получения ее определенного внешнего или внутреннего контура (производится, как правило, в штампе); обрезание по наружному контуру на ручных вибрационных или механических ножницах; надрезание на определенную длину (производится на ножницах или в штампах) и др.
К процессам штамповки, при которых производится изменение формы заготовки без отделения материала и нарушения его сплошности, относятся:
гибка – изменение формы оси заготовки; производится в тисках, на гибочных штампах и прессах;
вытягивание – получение из листового материала заготовок со сложными пространственными формами. Может выполняться без утонения и с утонением стенок. Производится в штампах или обтяжкой на давильных станках;
