Кузница

Джон Нигл : Портрет Пэта Лайона в кузнице, 1829 г.

Ковка является давлением формования из металлов или сплавов между двумя инструментами при локально изменяя форму поперечного сечения. При кустарной ковке кузнец в основном использует молотки и наковальни в качестве инструментов . Плашки также используются в промышленности. Существует множество определений ковки. Иногда упоминается повышенная температура деталей, иногда нет. Холоднокованые заготовки обладают большей прочностью. В технологии промышленного производства под ковкой обычно понимают свободное формование ( ковка в открытых штампах с инструментами, не отражающими форму заготовок) и ковку методом капельной штамповки (с инструментами, которые отражают форму заготовок), а иногда и экструзией. также включены. Ковка иногда используется как синоним формовки . В ручном секторе ковка также включает термообработку , раскол , пробивку и огневую сварку , то есть все, что кузнец делает для изготовления готовых изделий.

Преимущества заключаются в более низких потерях материала по сравнению с механической обработкой и целенаправленном изменении структуры и, следовательно, более высокой прочности . Недостатком является более низкая точность по сравнению с процессами механической обработки .

Ручная ковка ( открытая штамповка ) - одно из древнейших ремесел . Здесь кузнец должен свободно прорабатывать форму своей заготовки на наковальне или, сегодня, на воздушном молоте , что требует сопереживания и, прежде всего, опыта. Кузнец (также слесарь ) работает с кузнечным молотком , наковальней и углем - или газом Esse .

Промышленная ковка обеспечивает компоненты назад для машиностроения и автомобильной, аэрокосмической и судостроительной. Промышленная ковка - важная отрасль экономики Германии . В 2006 году объем промышленного производства в Германии составил 2,75 миллиона тонн, что соответствует не менее 1,8 миллиардам гнутых деталей. В 2008 году объем промышленного производства в Германии составил 3 миллиона тонн, что соответствует 2 миллиардам формованных деталей.

история

Изображение кузницы по мотивам Агриколы

Металлы, золото , серебро и медь, вероятно, впервые были обработаны людьми . Эти три в природе твердого вещества (металлический) до - медь , однако редко - и могут в холодном состоянии до пластин или инструментов холодного формования и, таким образом обработаны. Пока что самые старые находки медных пластин для украшений датируются 8 тысячелетием до нашей эры. Из Анатолии . Считается, что жители сегодняшнего Афганистана существовали уже за 6000 лет до нашей эры. Проработали и обработали металлы. Примерно в то же время первые свидетельства, полученные при плавке, появились в сегодняшней Сербии ( Плочник ), где появились медные топоры и долота , лезвия которых были холодновкованы и, таким образом, были поверхностно затвердевшими .

Находки в Месопотамии , Египте и Индии ( культура Инда ) также показали, что ковка, вероятно, производилась там в теплом состоянии более 5000 лет назад. В Центральной Европе знаменитый Небесный Диск Небра около 4000 лет назад является важным свидетельством искусства кузнечного дела , изготовление которого у кузнецов того времени должно было быть обширным материальным опытом .

Согласно историческим исследованиям, изобретение закаливаемого железа (стали) было впервые сделано около 1400 года до нашей эры. В хетты . Уже в доримский железный век найдены наковальни из бронзы или железа. Из-за их редкости в твердой форме и сложного извлечения из альтернативных руд, а также из-за их хороших свойств по сравнению с обычными материалами, эти и другие металлы имели высокую материальную и культурную ценность. Это были желанные товары, предметы культа и символы статуса .

Ковка нашла свое отражение в искусстве и культуре всех исторических народов :

В своей работе « Кузнецы и алхимики» Мирча Элиаде исследует идеи и обычаи, связанные с горным делом, работой металлургов и кузнецов в первобытные времена.

Являясь мировыми технологическими лидерами, немецкие кузнечные и кузнечные компании поставляют около двух третей продукции ключевой автомобильной промышленности и еще 20 процентов продукции машиностроения . Кроме того, существуют аэрокосмические технологии , энергетика, медицина и судостроение . В области промышленной ковки в Германии действуют около 250, в основном средних компаний, с числом сотрудников более 31 000 человек. Оборот отрасли в 2006 году составил около 7,8 миллиарда евро.

см. также → кузнец
см. также → кузнец в культуре

Ковочные материалы

За некоторыми исключениями, для ковки подходят все металлы и металлические сплавы . Тип для наиболее экономичного использования можно выбрать из более чем 2500 видов стали . О ковке говорят только тогда, когда деформация происходит выше комнатной температуры, т.е. заготовка нагревается или заготовка сильно нагревается в результате деформации.

Изменение формы

Скульптор по металлу делает холодную ковку

При ковке деформация обычно происходит при более высоких температурах, чем при температуре эксплуатации, с изменением структуры металла или при высоком давлении даже при нормальной температуре. Температура обработки либо выше температуры рекристаллизации (горячее формование), либо ниже температуры рекристаллизации (холодное формование).

Процесс ковки включает в себя также отливки или прокатки на заготовки , закалка и закалки, и измельчения . По сравнению с литьем , материал остается в твердом состоянии и обрабатывается молотком и наковальней или такими машинами , как пневмомолоты и прессы.

Горячее, горячее, холодное формование и тиксо-штамповка

В зависимости от температуры формования различают:

  • Горячая штамповка при ковке стали:
    • Рабочая температура выше температуры рекристаллизации от 950 до 1250 ° C.
    • Отличная формуемость материалов
    • Низкие формовочные силы
    • Нет изменения прочности формованной детали
  • Теплая ковка при ковке стали:
    • Рабочая температура для стали 750–950 ° C.
    • Отсутствие или небольшое образование накипи на поверхности
    • Более низкие усилия формования, чем при холодной штамповке
    • Более жесткие допуски на размеры, чем при горячей штамповке
    • Ограниченная формуемость или требуется более высокое усилие
  • Холодная штамповка (в более узком смысле, холодная штамповка - это не ковка) стали:
    • Рабочая температура - комнатная, собственный нагрев до 150 ° C за счет энергии формования.
    • Могут быть достигнуты жесткие допуски на размеры
    • Нет накипи на поверхности
    • Повышение прочности и уменьшение удлинения за счет наклепа
  • Поковка Thixo :
    • Рабочая температура находится между температурами солидуса и ликвидуса соответствующего стального сплава и, таким образом, намного выше температуры горячей штамповки.
    • Формуемость аналогична литью
    • Низкие формовочные силы

При горячей штамповке полуфабрикат, подлежащий ковке , нагревается в печи до температур от 950 ° C до 1250 ° C, а затем выковывается (также: формируется) под давлением удара молотком или давлением между двумя половинами штампа. В отличие от тиснения пластифицировано все сечение материала . При высоких температурах ковки сталь приобретает другую кристаллическую структуру и становится более мягкой. Деформация существенно меняет структуру и механические свойства материала.

Для промышленных процессов металлы, сталь , железо и их сплавы, как правило, подвергают горячей ковке, при этом для каждого металла требуется разная температура формования. С другой стороны, латунь , бронза , медь , драгоценные металлы и их сплавы обычно подвергаются холодной деформации.

Метод штамповки прокаткой возник из ковки. Цельнокатаные кольца - типичные изделия массивной ковки . Прокатка колец позволяет производить бесшовные кольца с квадратным и прямоугольным поперечным сечением, а также кольца с внутренним и / или внешним профилем. Наибольший доступный диаметр в 2010 году составлял 8,0 метра.

Горячая штамповка при ковке алюминия

  • Горячее формование при ковке алюминия:
    • Температуры формования деформируемых алюминиевых сплавов от 350 до 550 ° C.
    • Температуры формования выше 550 ° C слишком близки к температуре солидуса сплавов и, в сочетании с локально разными степенями деформации, приводят к неблагоприятному рельефу поверхности заготовки и, возможно, к локальному плавлению и сморщиванию.
    • Температура формования ниже 350 ° C снижает формуемость материала из-за увеличения напряжения течения и может привести к неполной гравировке инструмента, возможному образованию трещин на поверхности заготовки и увеличению усилия формования и, следовательно, нагрузки штампа.

Из-за низкого диапазона температур во время формовки и высокой теплопроводности алюминия ковку алюминия можно проводить только в очень ограниченном технологическом интервале. Поэтому контроль температуры инструмента имеет большое значение при ковке алюминия. Чтобы обеспечить хорошие условия формования, необходимо обеспечить максимально однородное распределение температуры во всем компоненте. Например, оптимизируя геометрию преформы, можно специфически влиять на локальные степени деформации , тем самым уменьшая местный нагрев и, наконец, делая распределение температуры более однородным.

Использование алюминиевых поковок

Высокопрочные алюминиевые сплавы достигают прочности сталей среднего размера при значительном весе. По этой причине поковки из алюминия используются в авиации, в автомобилестроении и во многих других областях машиностроения, особенно в тех приложениях, где должен быть гарантирован высокий уровень защиты от отказов из-за неправильного использования, ударных нагрузок и вибрационных нагрузок. В автомобильном секторе к ним относятся детали шасси, рулевого управления и тормозов. Часто используемые сплавы - это AlSi1MgMn ( EN AW-6082 ) и AlZnMgCu1,5 ( EN AW-7075 ). Около 80% всех поковок из алюминия изготавливается из сплава AlSi1MgMn. Высокопрочный сплав AlZnMgCu1,5 (EN AW-7075) в основном используется в авиации.

Формирование

Инструменты для открытой штамповки

Пища на угле:

Кузница с угольным огнем веками топилась смесью каменного угля и кокса или древесным углем . Каменный уголь содержит много серы, которая проникает в сталь во время процесса нагрева и снижает качество стали. Поэтому добавляют кокс, серы в нем почти нет. Древесный уголь не содержит серы, но легче и горит намного быстрее.

Газовая плита:

Газовая труба практически не выделяет выхлопных газов, кроме углекислого газа и воды, поэтому нет загрязнения (например, серой).

Наковальня:

Наковальни бывают литые или кованые, чаще всего дорожка наковальни (средняя часть) закалена. Существует множество различных типов наковальни, каждая из которых предназначена для работы (например, подковы, инструменты, кузнечное дело и т. Д.), Выполняемые на наковальне. Размер наковальни также соответствует типу использования. Если вес наковальни неверно истолкован, наковальня может начать пружинить или вибрировать, что отрицательно сказывается на процессе ковки.

Порок:

Большинство пороков в кузнечных мастерских - это бутылочные пороки. Направляющая подвижных губок соединена неподвижной точкой поворота. Это означает, что челюсти не параллельны друг другу, когда они открыты. Это имеет негативный эффект, потому что заготовку нельзя зажать по всей поверхности губок. Однако челюсти кованые или из литой стали, что делает их во много раз более прочными и, следовательно, менее чувствительными к ударам. Они также имеют закругления и края, чтобы облегчить работу по гибке.

Молотки:

В зависимости от ситуации для ковки используются разные молотки .

Вспомогательные отбойные молотки представляют собой дробные, кольцевые и ударные молотки. Они используются для проделывания отверстий в заготовке или для ее раскола. У колющего молотка закругленная режущая кромка, которая обеспечивает лучшее прямое ведение, чем прямая режущая кромка. Ударные молотки используются для придания отверстию эллиптической, прямоугольной, плоской или круглой формы.

Молоты обслуживаются вторым кузнецом и весят от 5 до 15 кг. Они делятся на два основных типа перфораторов и кувалд. У перфораторов с поперечным молотком ребра расположены в направлении рукоятки молота. Кувалды имеют плавник поперек рукоятки молотка.

Плоскогубцы:

Эти клещи в основном самостоятельно кованые; Для каждой работы есть подходящие или специально изготовленные плоскогубцы. Область плоскогубцев, удерживающая заготовку, называется ртом, точка поворота называется ушком, а ручки - ножками. Соотношение рта и ножки составляет примерно 1: 6, так что сила зажима гарантирована.

Ручная открытая штамповка

Демонстрация кузнецов с полевой трапезой
Кузнец за работой на наковальне
Кованая сталь все еще светится

Художественные кузнецы используют ковку в открытых штампах в первую очередь при реставрации, сохранении памятников и дизайне отдельных предметов, таких как навесы, решетки , ворота , перила , фонтаны и т. Д. Или фонари, гардеробные , подсвечники.

При открытой штамповке на наковальне используются следующие процессы ковки:

И кузнец, и кузнец нагревают свои поковки в огне кузницы. Заготовка тепло поглощает , говорят тепло . Если « одного захода » недостаточно, получается «второй заход» .

В то время как в Великобритании коксохимический огонь является обычным явлением почти исключительно для использования в континентальной Европе, со специальным жирным углем (называемым «жирным орехом»), заряженным древесным углем, а в последнее время - газовым, иногда заполненным керамической стружкой или вулканическими камнями. . Тем не менее, мировые запасы качественного кованного угля исчерпаны или нерентабельны для обычной крупномасштабной промышленной добычи; Уголь, который сегодня наиболее широко доступен, имеет слишком высокую долю летучих компонентов (до более 30%).

Промышленная ковка в открытых штампах

При открытой штамповке ковка формируется между неформованными инструментами, седлами , с помощью пресса или молотка (пневмоударника). Материал может перемещаться в области, не закрытые инструментами.

Схематическое изображение открытой штамповки

В частности, очень большие отдельные детали обрабатываются с использованием промышленной открытой штамповки; например, коленчатые валы судовых дизельных двигателей или роторы генераторов для турбоприводов. Возможна штучная масса до 250 т. Крупные производители поковок в Германии включают Buderus-Edelstahl , Schmiedewerke Gröditz и Saarschmiede . Последняя является крупнейшей кузницей Европы.

Нагрев больших поковок происходит так же, как и охлаждение с регулируемой температурой в камере с подогревом топлива или челночных печах .

Соответственно, для перемещения заготовки используются большие захваты, так называемые кузнечные манипуляторы .

Падение ковки

Изображение капельной ковки

Капельная ковка отличается от ковки в открытых штампах тем, что ковка почти полностью закрыта закрытым инструментом - штампом . В пресс- форму из пресс-формы введена отрицательная пресс-форма, определяющая форму готовой поковки. Поковка используется для производства важных для безопасности деталей, таких как меньшие коленчатые валы, шатуны , шестерни или наконечники рулевых тяг, детали рулевого управления, детали шестерен и изнашиваемые детали для строительной техники. Ковка придает материалу благоприятную текучесть волокон. Это снижает чувствительность к трещинам и повышает безопасность компонентов. Недостаток ковки в закрытых штампах заключается в том, что необходимо производить минимальное количество одинаковых поковок, поскольку стоимость штампа высока. Матрицы изготавливаются путем гравировки или фрезерования и / или утопления в масляную ванну в соответствии с исходной формой .

Прецизионная ковка

Если заготовки , практически готовые к установке , производятся методом ковки , это называется прецизионной ковкой . Неважно, какой процесс ковки используется, только достигнутая точность определяет процесс ковки как прецизионную ковку. Здесь обычно предполагается допуск от IT8 до IT6 (лучше ± 0,1 мм). Прецизионная ковка широко применяется в промышленности. Главным образом детали в двигателях внутреннего сгорания (например , кулачки для «встроенных» распредвалов для управления клапаном) и на трансмиссии от механических транспортных средств - например , Б. Шестерни трансмиссии - изготовлены таким образом.

Одним из методов прецизионной ковки является ковка без оплавления. В отличие от ковки с использованием заусенцев, этот процесс не требует или требует очень небольшого количества лишнего материала (в виде заусенцев) для заполнения формы. Таким образом, с помощью ковки без заусенцев или прецизионной ковки можно изготавливать детали с очень высокой степенью точности и высоким качеством поверхности.

Тиксо ковка

Здесь материал находится в особом «полужидком» состоянии, известном как тиксотропный . Этим достигается очень высокая формуемость, низкие усилия обработки и высокая точность.

Длинная ковка

Базовая конструкция длинной ковочной машины

Путем ковки длинных заготовок простой формы (например, в виде стволов), изготовленных с помощью безразмерных инструментов. Этот процесс представляет собой автоматическую открытую штамповку с особой точностью обработки деталей. Ковка происходит на станках для продольной ковки, в которых молотки, прикрепленные перпендикулярно заготовке, работают попарно друг против друга. Подача и регулировка молотков контролируются программой.

Многонаправленная ковка

Многонаправленная ковка - это формовка детали в разных направлениях за один этап формовки. Многонаправленное формование достигается благодаря конструктивным особенностям инструмента: вертикальное движение цилиндра пресса и, следовательно, формовочная сила отклоняются в горизонтальном направлении с помощью клиньев.

Кузнечные машины

Кузнечно-штамповочный пресс 8500 тонн в бывшем здании Генрихшютте в Хаттингене

Различают кузнечные молотки, ковочные молотки и ковочные прессы.

Молотки подходят для обработки заготовок большой массы. В зависимости от типа молотки подходят для поковок от малых до крупных. Вес устройства может составлять от 100 граммов до 1000 килограммов. Ковочные молотки обеспечивают высокую скорость формования. Глубина проникновения деформации ограничена из-за потерь на трение в заготовке. В ковочных прессах усилие прилагается медленнее, а это означает, что процесс потока может проникать глубже в материал. Это особенно важно для очень больших деталей. Рабочая мощность молотов для ковки в закрытых штампах указана в кДж, а рабочее усилие прессов - в кН.

Различают кузнечные машины следующих типов:

литература

  • Йоханнес Гроссевинкельманн: Ковка - Развитие торговли от ремесла до фабрики. (= Музейные учебные материалы. Буклет 2). Рейнланд-Верлаг, Кельн 1989, ISBN 3-7927-1065-X .
  • Stahl-Informations-Zentrum (Ред.): Кованая сталь - всегда в форме . Информационный центр по стали, Дюссельдорф, 2008 г. (PDF; 951 kB)
  • Вернер В. Адлоф: Кованые детали - дизайн, применение, примеры. Хаген 1994/1995, ISBN 3-928726-12-9 .
  • Аксель Шпекер: Исследования по ковке коленчатых валов без заусенцев . ПЖ-Верлаг, сообщения IPH 04/2009, ISBN 978-3-941416-25-3 .
  • Отраслевая ассоциация массивной штамповки : легкая конструкция за счет массивной штамповки. Массивное формование Infor-series, март 2007 г., ISBN 978-3-928726-20-7 .

веб ссылки

Commons : Forgings  - Коллекция изображений, видео и аудио файлов.

Индивидуальные доказательства

  1. Отраслевая информация за 2008 г. , Industrieverband Massivumformung , по состоянию на 3 июня 2013 г.
  2. Анжелика Франц: Археологи ломают голову над находками меди, которым 7000 лет . В: Spiegel Online . 27 декабря 2010 г., по состоянию на 3 октября 2013 г.
  3. ↑ Техника изготовления небесного диска и вложенных находок (мечей) . Государственное управление охраны памятников и археологии Саксония-Анхальт / Государственный музей доисторических времен. Проверено 3 октября 2013 года.
  4. Фридрих Корнелиус : Geistesgeschichte der Frühzeit , Том 1, Verlag Brill-Archive, 1960, стр.132.
  5. Э. Дуг, Б.-А. Беренс: Справочник по технологии формовки: основы, технологии, машины. Springer Verlag, 2010 г., стр. 671f.
  6. М. Стонис: Ковка плоских длинных алюминиевых деталей в разных направлениях. В: Б.-А. Беренс, П. Найхуис, Л. Овермейер (ред.): Отчеты IPH. Выпуск 01/2011, PZH Produktionstechnisches Zentrum GmbH, Гарбсен 2011.
  7. Дж. Рихтер, М. Стонис: Улучшение качества алюминиевой ковки . В кн . : Практика алюминия. Гизель Верлаг, 20-й год, № 6/15, 2015, стр.20.
  8. ^ Карл Гиссинг: Ковка всех методов . Грац 2016.
  9. Ковка без заусенцев: потенциал, тенденции развития, реализация. Проверено 25 ноября 2019 года .
  10. ^ Гюнтер Spur , Дитер Schmoeckel , Theodor Stöferle: Справочник производственных технологий. Том 2: Формование и резка. Hanser-Verlag, Мюнхен 1984, ISBN 3-446-13805-6 , стр. 620 f.
  11. Behrens, Stonis, Rüther, Blohm: Мгновенное сокращение штамповки сложных высокопрочных деталей с использованием операций предварительного формования. IPH - Институт интегрированного производства Hannover gGmbH, Ганновер 2014.