Коротко
Свободная ковка изменяет форму нагретой заготовки между бойками, которые не охватывают её полностью. Геометрию получают последовательными обжатиями, подачами и поворотами. Осадка уменьшает высоту и увеличивает поперечное сечение; вытяжка удлиняет металл за счёт уменьшения сечения; прошивка образует отверстие вытеснением металла и, при выбранной схеме, удалением перемычки. Такой маршрут удобен для валов, дисков, колец и сравнительно небольших партий крупногабаритных поковок.
Как работают основные операции
При осадке усилие направлено вдоль оси заготовки. Трение тормозит течение у торцов, поэтому вместо идеального цилиндра часто получается бочка. При вытяжке локальное обжатие сочетают с продольной подачей и кантовкой: без согласованного перекрытия обжатий возникают уступы и неодинаковая проработка сечения. Прошивку планируют с учётом центровки прошивня, температуры сердцевины и толщины перемычки. После неё отверстие может потребовать раздачи или обработки резанием.
| Операция | Изменение формы | Что проверяют |
|---|---|---|
| Осадка | Высота уменьшается, сечение растёт | Изгиб оси, бочкообразность, состояние торцов |
| Вытяжка | Сечение уменьшается, длина растёт | Подачу, кантовку, проработку сердцевины |
| Прошивка | Появляется полость | Соосность, перемычку, трещины у отверстия |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Пример сохранения объёма
Условно осадим цилиндр Ø80×160 мм до высоты 100 мм. При постоянном объёме D₁=D₀√(H₀/H₁)=80√(160/100)=101,19 мм. Уменьшение высоты составляет 37,5%, истинная осевая деформация по модулю ln(160/100)=0,470. Это геометрическая оценка эквивалентного диаметра: реальная бочка имеет переменный диаметр. Пример не учитывает угар, обрезку и температурное изменение размеров; для производственного баланса эти потери добавляют отдельно.
Устойчивость и выбор переходов
Для исходного цилиндра отношение H₀/D₀ равно 2,0. Само число не доказывает устойчивость и не задаёт разрешённое обжатие. Риск изгиба зависит также от прямолинейности, параллельности торцов, неоднородности температуры, трения и способа приложения нагрузки. Поэтому универсальную границу отношения высоты к диаметру использовать нельзя. Длинную заготовку можно осаживать по частям или предварительно менять её форму, но решение проверяют для конкретного оборудования и материала.
Исходные данные и контроль
До ковки фиксируют марку, плавку, исходный полуфабрикат, размеры и требования к направлению волокна. Температурное окно выбирают по материалу; свойства при комнатной температуре не заменяют сопротивление горячей деформации. Для пресса оценивают усилие и рабочий ход, для молота дополнительно энергию удара и её передачу заготовке. Сопоставляют нагрузку с допустимой нагрузкой бойков, а не только с паспортным максимумом машины.
Что подтверждает маршрут
Между переходами контролируют размеры, ось, поверхность и температуру; после ковки проверяют геометрию и назначенное состояние поставки. Если требования предусматривают ультразвуковой контроль или механические испытания, их включают в маршрут заранее. Отсутствие внешних трещин не подтверждает внутреннюю сплошность. Угар учитывают по фактической схеме нагрева, отход прошивки — по геометрии удаляемого металла. Опытная поковка позволяет проверить, хватает ли запаса под обработку и доступны ли поверхности для контроля. ГОСТ 7505-89 относится к горячештампованным стальным поковкам; автоматически переносить его таблицы на свободную ковку нельзя.
При прошивке баланс металла отличается от чистой осадки: часть объёма образует стенку вокруг отверстия, а часть может уйти в удаляемую перемычку. Поэтому диаметр отверстия нельзя получить простым вычитанием объёма исходного цилиндра без описания перехода. Для кольца учитывают последующую раскатку, торцевой запас и возможную обрезку. Передача заготовки между бойками и прошивным инструментом должна сохранять выбранную ось и температурное состояние.