проектирование и изготовление кованного изделия - элемента скамейки

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВЕЧЕРНИЙМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ КАФЕДРА ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Курсовой проект по предмету Технология художественной ковки на тему Проектирование художественного кованого изделия - лавки и изготовление ее элемента Студент Семенова Л. Группа ТХк-01 Преподаватель Горбылев

А.Ю. Москва, 2005г. Содержание. Стр. 1. Ковка. 2. Операции ковки. 1. Предварительные операции. 2. Основные операции. 5-3. Оборудование. Кузнечные инструменты. 9-4. Элементы художественной ковки. 15-5. Эскиз. 17-6. Технологическая карта. 7. Расчет. 21 8.

Вывод. 9. Список используемой литературы. 1. Ковка. Ковка способ обработки давлением, при котором деформирование нагретого реже холодного металла осуществляется или многократными ударами молота или однократным давлением пресса. Формообразование при ковке происходит за счет пластического течения металла в направлениях, перпендикулярных к движению деформирующего инструмента. При свободной ковке течение металла ограничено частично, трением

на контактной поверхности деформируемый металл поверхность инструмента бойков плоских или фигурных, подкладных штампов. Ковкой получают разнообразные поковки массой до 300 т. Первичной заготовкой для поковок являются слитки, для изготовления массивных крупногабаритных поковок прокат сортовой горячекатаный простого профиля круг, квадрат. Ковка может производиться в горячем и холодном состоянии.

Холодной ковке поддаются драгоценные металлы золото, серебро а также медь. Технологический процесс холодной ковки состоит из двух чередующихся операций деформации металла и рекристаллизационного отжига. В современных условиях холодная ковка встречается редко, в основном в ювелирном производстве. Горячая ковка применяется для изготовления различных изделий, а также инструментов чеканов, зубил, молотков и т.п. Материалом для горячей ковки являются малоуглеродистые стали, углеродистые инструментальные

и некоторые легированные стали. Каждая марка стали имеет определенный интервал температур начала и конца ковки, зависящий от состава и структуры обрабатываемого металла. Температурные интервалы начала и конца ковки для углеродистых сталей приведены в табл. 1. Таблица 12.1 Температурные интервалы начала и конца ковки для углеродистых сталей Марка сталиТемпературы ковкиначалаконцаСт 11300900Ст 21250850Ст 850Сталь

У7, У8, У91150800Сталь У10, У12, У2. Операции ковки. Различают ковку предварительную и окончательную. Предварительная или черновая ковка представляет собой кузнечную операцию обработки слитка для подготовки его к дальнейшей деформации прокаткой, прессованием и т.п. Окончательная чистовая ковка охватывает все методы кузнечной обработки, с помощью которых изделию придают окончательную форму. 1. Предварительные операции

Биллетирование превращение слитка в болванку или заготовку включает сбивку ребер и устранение конусности. Обжатие при биллетировании составляет 520 . Проковка слитка предназначена для обжатия металла в углах слитка с целью предварительного деформирования литой структуры дендритов, которые имеют стыки в этих углах. Биллетирование способствует заварке воздушных пузырей и других подкорковых дефектов литой структуры, созданию пластичного поверхностного слоя металла, благоприятно влияющего на дальнейшую деформацию.

После биллетирования производят обрубку донной части слитка. Рубка применяется для отделения от основной заготовки негодных частей или для разделения заготовки на части. Рубка производится в холодном и горячем состоянии. В холодном состоянии рубят тонкие и узкие полосы и прутки сечением 1520 мм. Более толстые заготовки нагревают. Схема рубки основана на действии деформирующей силы на малую площадь

соприкосновения инструмента с заготовкой, а реакция этой силы со стороны нижней части распределена по большой поверхности заготовки, и пластической деформации здесь не возникает. Рис.1. Схема рубки В зависимости от габаритов и формы заготовок используют способы рубки с одной стороны для тонких заготовок с двух сторон, сначала осуществляется предварительная надрубка заготовки на 0,50,75 высоты, после кантовки на 1800 проводится окончательная рубка с трех сторон для круглых и

крупных заготовок, осуществляются две надрубки на глубину 0,4 диаметра заготовки с кантовкой на 1200, после второй кантовки на 1200 проводят окончательную рубку с четырех сторон для крупных заготовок, после надрубки с четырех сторон в центре остается перемычка прямоугольного сечения, по месту которой производят разделение заготовки на части. 2. Основные операции Осадка операция обработки давлением, в результате которой уменьшается высота и одновременно увеличиваются

поперечные размеры заготовок рис. 12.2.а. Осадку применяют для получения формы поковки, с целью уменьшения глубины прошивки, для обеспечения соответствующего расположения волокон в будущей детали при изготовлении шестерней обеспечивается повышенная прочность зубьев в результате радиального расположения волокон, как контрольную операцию из-за значительной деформации по периметру на боковой поверхности вскрываются дефекты. При выполнении осадки требуется, чтобы инструмент перекрывал заготовку.

Вследствие трения боковая поверхность осаживаемой заготовки приобретает бочкообразную форму, это характеризует неравномерность деформации. Повторяя осадку несколько раз с разных сторон, можно привести заготовку к первоначальной форме или близкой к ней, получив при этом более высокое качество металла и одинаковые его свойства по всем направлениям. Рис.2. Схемы осадки и ее разновидностей Средний диаметр заготовки определяется по формуле Осадке подвергают заготовки, для которых высота не

превышает 2,53 диаметра. В противном случае возможен или продольный изгиб заготовки, или образование седлообразности. Разновидностями осадки являются высадка и осадка разгонкой торца. Высадка кузнечная операция, заключающаяся в деформировании части заготовки концевой части или середины. Для проведения операции используют местный нагрев, например, в середине заготовки рис. 12.2.б, или ограничивают деформацию на части заготовки кольцевым инструментом рис.

12.2.в. Осадка разгонкой торца позволяет уменьшить высоту и увеличить площадь ренее осаженной заготовки рис. 12.2.г. Локализация деформации позволяет уменьшить усилие осадки. Протяжка вытяжка кузнечная операция, в результате которой происходит увеличение длины заготовки за счет уменьшения площади ее поперечного сечения. Протяжка не только изменяет форму заготовок, но и улучшает качество металла. Операция заключается в нанесении последовательных ударов и перемещении заготовки,

при этом между бойками во время удара находится только часть заготовки. После каждого обжатия заготовка продвигается на величину, меньшую, чем длина бойка рис.12.3.а. Протягивать можно плоскими рис. 12.3.а и вырезными рис.12.3.б бойками. Протяжка на плоских бойках может выполняться двумя способами. Первый способ. Протяжка выполняется по всей длине слитка или заготовки вначале с одной стороны, а после

кантовки на 90 0 с другой стороны и т.д. Большие по длине поковки могут изгибаться в бойках концами вниз. Чтобы исправить изгиб, поковки кантуют сначала на 180 0 , а потом на 90 0. Рис. 12.3. Схемы протяжки и ее разновидностей Второй способ. Поочередная протяжка на плоских бойках по винтовой линии после каждого обжатия следует кантовка на 90 в одну и ту же сторону, после каждых четырех обжатий следует подача.

Способ более трудоемкий, применяется при ковке твердых инструментальных сталей. При протяжке на плоских бойках в центре изделия могут возникнуть особенно при проковке круглого сечения значительные растягивающие напряжения, которые приводят к образованию осевых трещин. Протяжка в вырезных бойках или в комбинации плоских бойков с вырезными используется при ковке легированных сталей с пониженной пластичностью. Благодаря боковому давлению, создаваемому жесткими стенками инструмента

повышаются сжимающие напряжения, увеличивается пластичность металла. Получают поковки более точные по форме и размерам. Возрастает скорость протяжки. При протяжке с круга на круг в вырезных бойках, силы, направленные с четырех сторон к осевой линии заготовки, способствуют более равномерному течению металла и устранению возможности возникновения осевых трещин. Разновидностями протяжки являются разгонка, протяжка с оправкой,

раскатка на оправке. Разгонка расплющивание операция увеличения ширины части заготовки за счет уменьшения ее толщины рис. 12.3.в. Операция выполняется за счет перемещения инструмента в направлении, перпендикулярном оси заготовки. Протяжка на оправке операция увеличения длины пустотелой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенки и уменьшения наружного диаметра рис.12.3.г. Протяжку выполняют в вырезных бойках или нижнем вырезном 3 и верхнем плоском 2 на слегка конической

оправке 1. Протягивают в одном направлении к расширяющемуся концу оправки, что облегчает ее удаление из поковки. Оправку предварительно нагревают до температуры 160200 0 С. Раскатка на оправке операция одновременного увеличения наружного и внутреннего диаметров кольцевой заготовки за счет уменьшения толщины ее стенок рис.12.3.д. Заготовка 5 опирается внутренней поверхностью на цилиндрическую оправку 6, устанавливаемую концами

на подставках 7, и деформируется между оправкой и узким длинным бойком 4. После каждого обжатия заготовку поворачивают относительно оправки. Протяжку с оправкой и раскатку на оправке часто применяют совместно. Вначале раскаткой уничтожают бочкообразность предварительно осаженной и прошитой заготовки и доводят ее внутренний диаметр до требуемых размеров. Затем протяжкой с оправкой уменьшают толщину стенок и увеличивают

до заданных размеров длину заготовки. Прошивка операция получения в заготовке сквозных или глухих отверстий за счет вытеснения металла рис.12.4. Рис.12.4. Схемы прошивки а,б, гибки в, штамповки в подкладных штампах г Инструментом для прошивки служат прошивни сплошные и пустотелые. Пустотелые прошивают отверстия большого диаметра 400900 мм. При сквозной прошивке сравнительно тонких поковок применяют подкладные кольца рис.

12.4.б. Более толстые поковки прошивают с двух сторон без подкладного кольца рис.12.4.а. Диаметр прошивня выбирают не более половины наружного диаметра заготовки, при большем диаметре прошивня заготовка значительно искажается. Прошивка сопровождается отходом выдрой. Гибка операция придания заготовке или ее части изогнутой формы по заданному контуру рис.12.4. в. Гибка сопровождается искажением первоначальной формы поперечного сечения заготовки и уменьшением его

площади в месте изгиба утяжка. Для компенсации утяжки в зоне изгиба заготовке придают увеличенные поперечные размеры. При гибке возможно образование складок по внутреннему контуру и трещин по наружному. Для избежания этого явления по заданному углу изгиба подбирают соответствующий радиус скругления. Радиус в месте изгиба не должен быть меньше полутора толщин заготовки. Этой операцией получают угольники, скобы, крючки, кронштейны.

Скручивание операция, заключающаяся в повороте одной части поковки вокруг общей оси по отношению к другой ее части под определенным углом. Различают два случая поворот на угол до 180 0 для пространственной ориентации отдельных частей многократное скручивание на 360 0 для придания витого характера используется как элемент украшения композиций решеток, перил, лестниц и т.д К скручиванию относится и свивание нескольких тонких прутков проволок в шнуры.

При изготовлении небольшой партии поковок с относительно сложной конфигурацией применяют штамповку в подкладных штампах рис.12.4.г. Подкладной штамп может состоять из одной или двух частей, в которых имеется полость с конфигурацией поковки или ее отдельных участков. Технологический процесс ковки включает операции резку исходной заготовки в требуемый размер, нагрев материала до требуемой температуры, формообразующую операцию, очистку заготовок от окалины, контроль

поковки. Точность и производительность резки определяется способом резки. На практике обычно применяют нагрев в пламенной печи, как способ, не требующий дополнительных затрат. Основная операция включает переходы установку снятие заготовки, формоизменяющую операцию осадку, вытяжку, прошивку и т.д Очистку поковок от окалины осуществляют в галтовочных барабанах, обдувкой стальной дробью, травлением в водных растворах серной или соляной кислоты.

При контроле поковок выявляют внешние и внутренние дефекты, проверяют соответствие геометрическим и функциональным техническим условиям. 3.Оборудование для ковки. Кузнечные инструменты. В качестве оборудования применяются ковочные молоты и ковочные прессы. Оборудование выбирают в зависимости от режима ковки данного металла или сплава, массы поковки и ее конфигурации. Необходимую мощность оборудования определяют по приближенным формулам или справочным таблицам.

Молоты машины динамического ударного действия. Продолжительность деформации на них составляет тысячные доли секунды. Металл деформируется за счет энергии, накопленной падающими частями молота к моменту их соударения с заготовкой. Часть энергии теряется на упругие деформации инструмента и колебания шабота детали, на которую устанавливают нижний боек. Чем больше масса шабота, тем выше КПД. Обычно масса шабота в 15 раз превышает массу падающих частей, что обеспечивает

КПД на уровне 0,80,9. Для получения поковок массой до 20 кг применяют ковочные пневматические молоты, работающие на сжатом воздухе. Сила удара определяется силой давления сжатого воздуха, и может регулироваться в широких пределах. Масса падающих частей составляет 501000 кг. Основные параметры молотов регламентируются ГОСТами. Для получения поковок массой до 350 кг применяют ковочные паровоздушные молоты.

Они приводятся в действие паром или сжатым воздухом давлением 0,70,9 МПа. Масса падающих частей составляет 10008000 кг. Параметры регламентируются ГОСТами. Различают молоты простого действия, когда пар или воздух только поднимают поршень, и двойного действия, когда энергоноситель создает дополнительное деформирующее усилие. Прессы ковочные гидравлические машины статического действия.

Продолжительность деформации составляет до десятков секунд. Металл деформируется приложением силы, создаваемой с помощью жидкости водной эмульсии или минерального масла, подаваемой в рабочий цилиндр пресса. Выбираются прессы по номинальному усилию, которое составляет 5100 МН. Применяют в основном для получения крупных заготовок из слитков. Оборудование мастерской художественной ковки в основном не отличается от оборудования обычной кузницы.

Основными устройствами здесь являются горн и наковальня. К горну рис. 1 должен быть доступ с трех сторон, что необходимо особенно при изготовлении крупных изделий, при их укладке и выносе после нагрева. Это основное кузнечное устройство должно быть оборудовано хорошей вытяжкой. Очень удобен для этой цели вспомогательный дымосос для отсоса продуктов горения. При разведении огня, особенно в летние месяцы, следует достаточно долго, дольше чем в обычной дымовой

трубе, поддерживать так называемую тягу для того, чтобы мастерская не была задымлена. Для этих случаев необходим вспомогательный вентилятор. Рис. 1. Кузнечный горн Рис. 2. Схема установки наковальни Наковальня - второе основное устройство мастерской художественной ковки - должна быть хорошо закреплена либо на жестком чурбане либо на деревянной подушке, установленной в железной бочке, заполненной песком

или глиной рис. 2. Основание в обоих случаях должно быть заглублено в землю, чтобы наковальня при ударах не шаталась. Для укрепления наковальни на подушке достаточен снизу центральный шип, так как наковальня может лишь за счет силы тяжести прочно сидеть на подушке. Для глушения шума можно между наковальней и подушкой уложить прокладку из твердой резины толщиной приблизительно 1 см. Если же наковальня под молотом прыгает, то это значит, что поверхность подушки неровная и ее следует

выровнять. Третьей основной составляющей кузнечной оснастки является ручник массой 1-2,5 кг в зависимости от физических данных кузнеца. Рукоятка ручника должна иметь длину не более 35 см. Для более крупных работ предназначена кувалда подручного молотобойца массой 3-10 кг с рукоятью длиной 60-80 см в зависимости от массы кувалды. Во время работы кувалду держат двумя руками. Траектория, которую описывает при ковке ручник или кувалда, должна быть не прямой, а закругленной.

Для держания нагретого материала служат клещи. Основной набор клещей для полосового и круглого материала рис. 3-6 выпускается серийно, клещи для специальных работ кузнец делает себе сам. Рис. 3. Кузнечные клещи для нагретого металла с круглыми губками Рис. 4. Кузнечные клещи для нагретого металла с прямоугольными губками. Рис. 5. Кузнечные клещи волчья пасть Рис. 6. Кузнечные клещи для нагретого металла - плоские

Кроме ручников, кувалд и клещей для художественной ковки требуются также зубила, скругленные молотки для протяжки рис. 7, бородки рис. 8-10, подбойки для высадки и гладилки рис. 11, 12. Рис. 7. Молоток для протяжки, скругленный Рис. 8-10. Бородки Рис. 11. Подбойка для ковки уступов Рис. 12. Гладилка Зубила делают двух типов с тонким лезвием для горячей рубки, с более толстым для рубки

холодного металла. Лезвия зубил для большей сохранности следует перед рубкой протирать тряпкой, смоченной в масле. В этом случае лезвие при ударе кувалдой не схватится с металлом, в то время как сухое лезвие обычно схватывается с металлом настолько крепко, что может выкрошиться. Все перечисленные виды инструмента делают двусторонними верхняя часть более длинная и незакаленная, нижняя - короче и закалена. В крупных мастерских может быть установлен механический молот, так как

он облегчает работу. Рессорно-пружинный молот, показанный на рис. 13, вполне достаточен для нужд художественной ковки. Рис. 13. Рессорно-пружинный молот фирмы Аякс В больших кузницах иногда устанавливают пневматические молоты, а в случае необходимости больших усилий - молоты фрикционные. Впрочем, для художественной ковки это оборудование обычно не используют.

Этот основной набор инструмента дополняют различные оправки рис. 14-16, пробойные плиты кузнечные пробойницы, рис. 17, подсечки рис. 18, наконечники рис. 19 и обжимки рис. 20-22. Этот инструмент кузнец-художник делает сам в зависимости от потребности. Не следует допускать отсутствия также шпераков, которых имеется несколько видов рис. 23-26, все они могут пригодиться. Очень полезной может оказаться правильная плита, поверхность которой,

а также как минимум две соседних грани должны быть простроганы и образовывать между собой прямой угол. В мастерской должны быть также формовальная плита форма и гвоздильная рис. 27, 28. Рис. 14. Острогранная оправка Рис. 15. Оправка со скругленными ребрами Рис. 16. Скругленная оправка Рис. 17. Пробойная плита Рис. 18. Подсечка Рис. 19. Наконечник Рис. 20, 21.

Обжимки верхние Рис. 22. Обжимка нижняя Рис. 23. Подбойник для заклепок Рис. 24. Шперак для гибки Рис. 25. Шперак Рис. 26. Шперак для засечек Рис. 27. Формовочная плита Рис. 28. Гвоздильня Эти плиты укладывают в башмак, изготовленный из фасонного стального проката, или в деревянную подставку. Плиты в башмаке или подставке должны плотно сидеть, так как они обычно литые и под ударами

кувалды могут треснуть. Рукоятки ручников, кувалд и другого инструмента для художественной ковки должны быть высокого качества во избежание возможных травм. Рукоятки должны быть изготовлены из доброкачественного дерева, лучше всего из граба или американского орехового дерева. Иногда рекомендуют для рукояток белую акацию, но после сушки она становится очень твердой и поэтому хрупкой. Для холодной обработки кузнец-художник должен иметь еще многие дополнительные

инструменты. К ним относятся, например, инструменты для рифления накатники, зернения, разгонки, а также различные инструменты для чеканки, в том числе чеканы рис. 29-51. Рис. 29-32. Чеканы односторонние Рис. 33-41. Чеканы двусторонние Рис. 42. Гладилка Рис. 43. Чекан односторонний натяжной Рис. 44. Чекан для насечки Рис. 45. Чекан для насечки

Рис. 46, 47. Чеканы для складок Рис. 48. Чекан бортовой Рис. 49. Чекан для складок Рис. 50. Пестик выпуклый Рис. 51. Пестик плоский Их назначение описано в соответствующих разделах. Для тонких отделочных работ необходимо иметь комплекты различных напильников, шаберов, резцов и чеканочных штампов. В мастерской художественной ковки желательно иметь также все современные станки, облегчающие

работу. Так как иногда отверстие в изделии быстрее просверлить, чем прошить, мастерская должна быть оборудована вертикально-сверлильным станком. Рычажные ножницы, которыми можно резать даже материал большой толщины, нужны в работе. Классическую горячую сварку используют в настоящее время очень редко. Поэтому в мастерской необходима установка для газовой сварки. Не помешает и электросварочный аппарат. Изделие художественной ковки должно быть искусно обработано,

в нем должен всегда проявляться высокий уровень мастерства. Однако это не значит, что кузнец-художник должен придерживаться лишь приемов работы, перенятых у старых мастеров художественной ковки, и опиливать, например, сварной шов вручную напильником, а не использовать для этой цели высокооборотную бормашину, применение которой ускоряет работу в 20 раз. Мастерская художественной ковки должна быть оборудована не только полным набором традиционных инструментов,

но и полным набором современных инструментов и станков, которые облегчают эту трудоемкую работу. 4. Элементы художественной ковки Хомуты. Многие элементы художественной ковки соединяются с помощью хомутов. Хомуты значительно повышают прочность и эстетичность конструкции. Обращайте внимание на толщину сечения хомута. Оно должно быть не меньше, чем сечение основных элементов художественной ковки. Такие изделия художественной ковки значительно выигрывают по прочности и красоте.

Оконечник оттянутость окончаний. Только используя кузнечное оборудование молот и горн, разогревающее металл до белого каления, можно добиться такого рисунка Наконечник. Такой элемент делается ударом кузнечного гидравлического молота, массой от 6 тонн Кручение. Раскаленную до красна заготовку крутят вокруг собственной оси на специальном оборудовании. Гибка. Заготовку гнут на специальных лекалах. Лекала делаются под каждое изделие художественной ковки.

Используется как ручная так и механическая гибка. Коронка. Подобно наконечникам коронки так же делаются ударом кузнечного молота Листья, шишки и др. Элементов художественной ковки очень много. Перечислены лишь самые основные и распространенные. 5. Эскиз. 6. Технологическая карта изготовления элемента лавки.

7. Расчет на осадку. При гибке в местах загиба происходит осадка металла. Осадкой называют технологическую операцию, при помощи которой уменьшают высоту исходной заготовки с одновременным увеличением площади ее поперечного сечения. По схеме деформации осадка представляет собой сжатие деформация в направлении активного усилия отрицательна, а две другие деформации положительны. ДН высотная деформация - это разность между высотой конечной

и первоначальной абсолютное сжатие ДН Н1 Н0. Относительной высотой деформации е называется отношение абсолютного обжатия к начальному размеру. е ДН Н0 Н1 Н0 Н0 Н1 Н0 1. Радиальной деформацией Дr называется разность между размерами данного этапа. Дr r1 r0 - разница конечного и первоначального радиусов. Относительная радиальная деформация еr. еr Дr r0 r 1 r 0 r 0 r 1 r 0 1.

Н0 10 мм, Н1 8 мм r 0 6 мм, r 1 8 мм. Найдем относительную высоту деформации е е Н1 Н0 1 810 1 0,8 1 0,2 мм. Найдем относительную радиальную деформацию еr. еr r 1 r 0 1 86 1 1,33 1 0,33 мм. 8. Вывод. Соединяем получившуюся деталь волюту с листиками - с остальными элементами с помощью заклепок и хомута. Таким же образом изготавливаются другие части изделия, затем эти отдельные элементы собираются и скрепляются вместе. Получаем готовое художественное изделие лавку.

Таким образом, процесс работы над будущим изделием необходимо начинать с четкого представления не только в целом, но и в деталях, продумав все от рисунка до характера соединения деталей. Очень важно определить при художественной ковке какие части изделия будут коваться целиком, а какие элементы будут изготовляться отдельно и затем собираться. Правильность технологического процесса сборки обеспечивает успех дела.

Такое художественное изделие предназначено для садово-парковой, зеленой зоны. Именно в таком пространстве кованая лавочка будет искрить своим своеобразием, кажущейся легкостью и прозрачностью, только так можно почувствовать гармонию живой зелени и надежности металла. 9. Список используемой литературы. 1. Ковка, чеканка, инкрустация, эмаль, М ООО Аделант, 2001 г. 2. Конспект лекций Технология конструкционных материалов,

Иваново, 2004 г. 3. Семерак Г Богман К Художественная ковка и слесарное искусство, М Машиностроение, 1982 г.