Профессиональное обучение

Ручная ковка

Прошивка и пробивка отверстий

Общие сведения. Прошивка и пробивка являются кузнечными операциями, применяемыми для изготовления в поковках сквозных отверстий, глухих углублений и пазов.

Пробивкой называют операцию выполнения в заготовке сквозного круглого или фасонного отверстия либо паза с удалением металла в отход путем сдвига отделяемой части заготовки относительно тела поковки. [an error occurred while processing this directive]

Прошивка заключается в изготовлении в поковке глухой полости за счет вытеснения металла формующим инструментом. Глухие полости или пазы в заготовках получают, во-первых, при производстве фасонных, сложных по форме поковок с углублениями и, во-вторых, перед пробивкой сквозных отверстий.

Таким образом, отверстия в поковках изготовляют двумя способами: первый состоит в пробивке отверстий прошивнем или пробойником на подкладном кольце за один переход, второй — в предварительной прошивке наметки под отверстие и в последующей пробивке отверстия в местах прошивки. Трудоемкость изготовления отверстий прошивкой и пробивкой значительно меньше, чем при их сверлении на металлорежущем оборудовании.

Пробивка. Изготовление отверстия пробивкой осуществляется следующим образом. На очищенную поверхность наличника наковальни 5 (рис. 6.14, а) помещают подкладное кольцо 4. Исходную заготовку нагревают до температуры, несколько превышающей температуру конца ковки (Тк); например, заготовки из углеродистых конструкционных сталей нагревают до 900 . . . 1000 °С. Нагретую заготовку 3 кладут на подкладное кольцо 4 так, чтобы место будущего отверстия совпало с отверстием в кольце. Сверху на заготовку устанавливают основной рабочий инструмент — прошивень или пробойник. Размеры отверстия в кольце должны немного превышать размеры пробиваемого отверстия. Под действием первых слабых ударов прошивень пластически внедряется в тело заготовки. Из-под прошивня металл незначительно продавливается вниз - в отверстие подкладного кольца. При последующих ударах в металле по периметру отверстия возникают большие сдвигающие напряжения, под действием которых происходит сдвиг отделяемой части заготовки от тела поковки. Образовавшийся отход (выдра) проталкивается в полость кольца. Качество поверхности отверстия зависит от качества режущих кромок прошивня и кольца, а также от внутреннего зазора между кольцом и прошивнем, т. е. от разности диаметров отверстий кольца и прошивня. Увеличенный зазор приводит к короблению поковки и образованию рваного заусенца на нижней кромке отверстия.

Рис. 6.14. Схемы пробивки (а), открытой (б) и закрытой (в) прошивки: 1 - отход, 2 - прошивень, 3 - заготовка, 4 - кольцо, 5 - наковальня, 6 - прошиваемая заготовка

При пробивке отверстий малого диаметра (до 25 ... 30 мм) применяют не прошивни, а пробойники (рис. 6.14, б) . В зависимости от требуемой формы пробиваемого отверстия применяют пробойники с круглым, квадратным или овальным сечением рабочей части. Хорошая заточка кромок пробойника обеспечивает высокое качество поверхности пробитого отверстия. Пользоваться пробойниками удобно, так как они имеют деревянную рукоятку. За нее пробойник надежно удерживают в процессе пробивки, вследствие чего обеспечивается безопасность работы.

При пробивке отверстия рабочий инструмент зажимается металлом. Для облегчения извлечения прошивня из заготовки его хвостовик изготовляют в форме конуса, поэтому после пробивки прошивень свободно проваливается вниз вслед за выдрой. С аналогичной целью рабочую часть бородка также выполняют конусной. Кроме того, такая форма бородка позволяет получать отверстия разных размеров путем внедрения его на разную глубину.

Вместо подкладного кольца при пробивке отверстий удобно пользоваться гвоздильней или кузнечной формой (см. рис. 5.7), в которой имеются отверстия разных диаметров и сечений. Подобрав подходящее из них, гвоздильню помещают на наковальню, на гвоздильню кладут заготовку и пробойником пробивают нужное отверстие. После выполнения операции заготовку правят либо легкими ударами кувалдой, либо гладилкой, так как в момент внедрения прошивня или пробойника металл немного раздается в стороны и форма поковки искажается.

Прошивку чаще всего применяют для подготовки заготовки к пробивке в ней отверстий путем выполнения углублений перед окончательной пробивкой. Используют прошивку при изготовлении отверстий диаметром более 25 мм в заготовках толщиной более 15 мм.

Рассмотрим формоизменение заготовки при прошивке. Эту операцию подразделяют на открытую (рис. 6.14, б) и закрытую (рис. 6.14, в).

При открытой прошивке прошивень внедряют в заготовку со свободными боковыми поверхностями. Одновременно с внедрением прошивня в металл изменяется исходная форма заготовки: высота уменьшается с величины Н₀ до Н₁, наружный диаметр неравномерно увеличивается по высоте, вследствие чего заготовка приобретает бочкообразную форму. Искажение формы заготовки тем больше, чем меньше отношение наружного диаметра к диаметру прошиваемого отверстия (D/d). Установлено, что при D/d > 5 форма заготовки практически не искажается. Следовательно, при D/d менее 5 после прошивки поковки необходимо править. Чем массивнее кольцевая часть заготовки и меньше высота h, тем большим должно быть усилие прошивки и сильнее удары кувалдой или бойком молота. При отношении D/d более 6 прошивку можно рассматривать как процесс внедрения пуансона в тело бесконечных размеров. Очевидно, что при рассмотренной схеме прошить сквозное отверстие практически невозможно, так как полностью выдавить металл из-под прошивня не удается. Поэтому при изготовлении отверстия заготовку прошивают на глубину, равную 2/3 ее высоты Н₁ (рис. 6.15), затем заготовку кантуют на 180°, прошивень устанавливают над наметкой под отверстие и легкими ударами кувалдой осуществляют окончательную пробивку отверстия. Под действием усилия прошивая металл путем сдвига продавливается в отверстие. Таким образом, в отход уйдет только 1 /3 объема металла (т. е. объема отверстия) , а 2/3 перераспределятся при прошивке в тело поковки. Этот объем соответствует объему сэкономленного металла. Экономия металла особенно ощутима при прошивке отверстий большого диаметра у крупных поковок в процессе машинной ковки.

Рис. 6.15. Схема прошивки при ручной и машинной ковке

При закрытой прошивке рабочий инструмент внедряют в заготовку, помещенную в специальное углубление в подкладном штампе. Закрытая прошивка (см. рис. 6.14, в) требует больших усилий, чем открытая, и, кроме того, дополнительного инструмента (подкладного штампа) , но позволяет получать поковки с достаточно точными внутренними и наружными размерами. Нагретую заготовку цилиндрической или другой формы вкладывают в полость подкладного штампа и в нее ударами молота внедряют прошивень или пробойник. При внедрении инструмента в заготовку металл выжимается из-под него вверх в направлении увеличения высоты исходной заготовки. Усилие прошивки увеличивается по мере уменьшения высоты. Аналогично открытой прошивке, при закрытой также невозможно получить сквозное отверстие. Для его изготовления поковку извлекают из подкладного штампа, переворачивают на 180 ° и с помощью прошивня или пробойника выполняют операцию пробивки. Для облегчения извлечения поковки из полости подкладного штампа стенки последнего изготовляют с небольшим уклоном или на дне штампа предусматривают вставку, используемую после прошивки в качестве выталкивателя.

На рис. 6.16, а ... в показаны переходы прошивки ручной ковкой отверстия небольшого размера. Нагретую заготовку кладут на наковальню так, чтобы место отверстия совпадало с отверстием в наковальне. Сверху устанавливают пробойник и легкими ударами кувалдой внедряют его в заготовку примерно на половину ее толщины (рис. 6.16, а). При этом на противоположной стороне заготовки образуется сферическая выпуклость. Вынув бородок из заготовки, последнюю поворачивают и несколькими ударами кувалды придают сферической выпуклости плоскую форму (рис. 6.16, б). Снова центрируют заготовку прошитым местом над отверстием наковальни и пробойником пробивают отверстие. Отход в виде небольшой выдры проваливается вниз в отверстие наковальни (рис. 6.16, б).

Рис. 6.16. Переходы (а. .. в) при прошивке отверстия в полосовой заготовке

Поскольку при прошивке и пробивке заготовка изменяет свои размеры и форму, эти операции выполняют в начале работы, т. е. до окончательной отделки поковки. Пробивку можно выполнять и в конце работы, но только в том случае, если заготовка имеет небольшую толщину и удается подобрать подходящее отверстие в гвоздильне или соответствующее подкладное кольцо.

Для выполнения пробивки и особенно прошивки рекомендуется после каждого удара покачивать пробойник, чтобы его не заклинивало в поковке. При прошивке глубокого отверстия рабочий инструмент следует периодически охлаждать в воде, чтобы он сам не деформировался в процессе работы. Для того чтобы облегчить извлечение пробойника из металла, в образовавшуюся полость в заготовке рекомендуется подсыпать древесный уголь в виде порошка. Под действием высокой температуры уголь горит и образовавшиеся газы предохраняют инструмент от схватывания с деформируемым металлом. Кроме того, порошковый уголь играет роль смазки и уменьшает износ инструмента.

После пробивки форма отверстия в поковках имеет отклонения от цилиндричности. Так, при пробивке пробойником отверстие имеет коническую форму (рис. 6.17, а), а после пробивки с использованием прошивня — форму, показанную на рис. 6.17, б. Для придания отверстию цилиндрической формы через него проталкивают бочкообразную оправку нужного диаметра (рис. 6.17, в). Такой способ также применяют для увеличения диаметра ранее пробитого отверстия. Увеличение диаметра поковки происходит за счет уменьшения толщины ее стенок. Следовательно, при изготовлении поковок заранее следует пробивать отверстие такого размера, чтобы после его расширения получить нужную толщину стенки, а также и нужный внутренний диаметр поковки.

Рис. 6.17. Формы отверстия при пробивке (а), прошивке (б) и схема его калибровки (в)

При изготовлении тонкостенного кольца большого диаметра исходную заготовку сначала осаживают, затем в ней выполняют прошивку и пробивку. Полученное отверстие с помощью оправок расширяют до диаметра, достаточного, чтобы заготовку надеть на рог наковальни. Окончательные размеры поковки получают раскаткой (см. рис. 6.12, б).

При изготовлении прямоугольной поковки с овальным отверстием первым переходом является прошивка овальной наметки в прутке прямоугольного сечения овальным пробойником (см. рис. 5.6, б). Перевернув заготовку на 180 °, этим же пробойником пробивают овальное отверстие. Отделка отверстия и окончательной формы поковки выполняется на овальной оправке после отрубки от прутка поковки требуемых размеров.

На рис. 6.18, а ... д показаны переходы изготовления отверстия в прямоугольной узкой заготовке с неустойчивой опорной поверхностью. С помощью зубила в нагретой заготовке прошивают наметку глубиной, равной половине высоты заготовки (рис. 6.18,а). Перевернув заготовку на 180 °, прошитой наметкой ее ставят на подсечку (рис. 6.18, б), зубилом прошивают насквозь и с помощью пробойника выполняют отверстие (рис. 6.18, в). Во время следующей операции раздают отверстие оправкой (рис. 6.18, г) и, наконец, поставив в отверстие оправку требуемого размера (рис. 6.18, д), окончательно проковывают заготовку до нужных размеров.

Рис. 6.18. Последовательность (а . . . д) изготовления отверстия в узкой прямоугольной заготовке

Дефекты при прошивке и пробивке. Наиболее часто встречающимся дефектом при изготовлении отверстия является смещение осей отверстий с одной или с другой стороны заготовки, возникающее при выполнении отверстий в два приема (прошивкой и пробивкой) из-за неправильной установки пробойника или прошивня после прошивки и кантовки заготовки на 180 °.

Сильно затянутые в месте входа прошивня края отверстия получаются при прошивке толстой заготовки за недостаточное число переходов, когда прошивают отверстие без дополнительных кантовок на 180 °.

Заусенцы на кромках отверстия со стороны выхода прошивня или пробойника появляются вследствие того, что диаметр отверстия в подкладном кольце или гвоздильне подобран неправильно: слишком велика разница между ним и диаметром прошивня, т. е. превышен зазор между прошивнем и внутренней поверхностью кольца. Заусенцы появляются также в случае некачественной заточки рабочих частей прошивня и пробойника.

Дефект в виде глубоких борозд на поверхности отверстия вдоль его оси возникает, если на боковой поверхности прошивня или пробойника имеются глубокие вмятины либо выступы. Инструмент должен иметь острые кромки и гладкие поверхности.

Трещины на кромках пробиваемых отверстий появляются при прошивке последних либо в подстывших, либо в тонких заготовках, ширина которых близка к диаметру изготовляемого отверстия. В последнем случае возможно не только образование трещин, но и разрыв заготовки в наиболее узком месте.

Безопасность труда при выполнении операций прошивки и пробивки требует выполнения следующих требований: заготовка перед прошивкой должна быть нагрета до требуемой температуры; используемый рабочий инструмент (прошивень, пробойник, зубило) должен устанавливаться строго вертикально в надлежащем месте; первые удары по рабочему инструменту должны быть слабыми, чтобы в начальный момент инструмент пластически внедрялся в металл и фиксировался в этом положении.