Холодная ковка своими руками станки: сборка и создание элементов из металла

Ковка и механическая обработка: объяснение основных различий

Ковка и механическая обработка — это процессы изготовления металлов, которые выполняются для преобразования металлов в желаемые формы и размеры.

Но в чем именно разница между ними? И какой процесс подходит для вашего приложения?

Разница между ковкой и механической обработкой заключается в том, что ковка включает в себя нагрев металла и придание ему механической формы, что улучшает свойства материала, тогда как механическая обработка представляет собой удаление материала для достижения желаемой формы или размера, в результате чего получается конечный продукт.

Некоторые изделия, такие как валы и стержни, лучше поддавать ковке, в то время как такие изделия, как муфты и турбинные лопатки, легче изготавливать механической обработкой.

В этой статье обсуждается разница между ковкой и механической обработкой с точки зрения свойств, стоимости и областей применения.

Что в этой статье?

• Ковка и механическая обработка: чем они отличаются?
• Чем ковка и механическая обработка отличаются от литья?
• Заключительные мысли
• Часто задаваемые вопросы (FAQ)

MellowPine поддерживается считывателем. Когда вы покупаете по ссылкам на моем сайте, я могу получить партнерскую комиссию без каких-либо дополнительных затрат для вас.

Ковка и обработка: чем они отличаются?

9001

Факторы	ковала	Обработка
Процесс	обычно выполняется при температуре выше комнатной температуры	, как правило, выполняется при комнатной температуре
0034	Поток зерна	Страминирование потока зерна	Нормальный поток зерна нарушен
Свойства материала	Улучшенная прочность и надежность	БЕЗ изменений, но склонны к разрушению вдоль оборудования
.	Заполняет пустоты в материале, заставляя материал течь.	Без конструктивных изменений. Материальные дефекты исправны.
Стоимость материалов	Снижает стоимость за счет сокращения брака.	Форма получается путем удаления материала. Таким образом, стоимость высока
Сложность формы	Подходит для изготовления более простых форм	Может производить любую сложную форму, особенно при использовании с ЧПУ.

Ковка и механическая обработка

Ковка — это производственный процесс, при котором заготовка нагревается до температуры выше комнатной для повышения ее пластичности.

С другой стороны, механическая обработка обычно выполняется при комнатной температуре, что устраняет необходимость нагрева заготовки.

Помимо этого, есть еще несколько отличий, о которых вам нужно знать, прежде чем вы решите использовать тот или иной способ изготовления своей части.

Разница в процессе: ковка и обработка

Что такое ковка?

Ковка металла на наковальне

Ковка — это процесс формовки металла, при котором заготовке придается желаемая форма под давлением.

В целом его можно разделить на два метода: горячая ковка и холодная ковка.

Горячая ковка включает нагрев материала примерно до 75% его температуры плавления или выше его температуры рекристаллизации.

Нагрев заготовки до этой температуры повышает ее пластичность, не расплавляя заготовку и не вызывая деформации из-за тепла.

Нагрев металла выше температуры его рекристаллизации может привести к расплавленному или полурасплавленному состоянию, что нарушает структурную целостность металла и затрудняет формование.

Холодная ковка – еще один метод, при котором металл не нагревается до температуры рекристаллизации, и его можно обрабатывать при температуре чуть выше комнатной.

Однако ковка металла без нагрева требует сравнительно больших усилий и создает нежелательные остаточные напряжения в металлической заготовке.

Кроме того, холодная ковка препятствует микроструктурным изменениям материала, тем самым сохраняя его внутренние напряжения.

Таким образом, он подходит для применений, где высокое качество поверхности предпочтительнее высокой пластичности и обрабатываемости.

Что такое обработка?

Фрезерный станок с ЧПУ, обрабатывающий металлическую заготовку.

Механическая обработка – это процесс удаления ненужного материала с заготовки с помощью подходящих инструментов для достижения желаемой формы и дизайна.

Подобно ковке, механическая обработка также помогает изменить форму поперечного сечения заготовки, но, в отличие от ковки, механическая обработка включает удаление материала.

В результате механическая обработка может быть использована для изготовления сравнительно более сложных и замысловатых форм, которые иначе невозможно получить ковкой.

CNC-обработка лучше всего подходит для этой цели. Почти все операции обработки можно автоматизировать с помощью компьютерного управления.

В то время как ковка использует штамп для изготовления сложных деталей, механическая обработка включает различные операции обработки, такие как сверление, токарная обработка, фрезерование, растачивание, шлифование и т. д., для получения желаемой формы и качества поверхности.

Различия в применении: ковка и механическая обработка

Некоторые изделия, такие как валы и стержни, лучше поддаются ковке, в то время как муфты и лопатки турбин лучше поддаются механической обработке.

Часть	Процесс	Причина
Connecting rod	Forging	High load capacity
Crank pin	Forging	Ease of making with hand-held tools
Shaft	Forging	High load capacity
Поршень	Литье с последующей механической обработкой	Сложная конструкция и высокие допуски
Колесо	Литье и ковка	Простота изготовления в больших масштабах и более простая конструкция
Трубные суставы	литья с последующей обработкой	Требуется литья для массового производства. Ковка	Требуется высокое качество материала. Нельзя допускать структурных дефектов.
Болты, используемые в сельскохозяйственном оборудовании	Поковка	Необходимо выдерживать нагрузки, возникающие при копании почвы. Также требуется крепление тяжелой уборочной техники к трактору.
Муфты, резьбы, соединения	Механическая обработка	Сложная геометрия.
Лопасти турбины	Механическая обработка	Требуется гладкая поверхность.

Применение ковки и механической обработки

Ковка и механическая обработка имеют различные применения в обрабатывающей промышленности.

В то время как механическая обработка идеально подходит для операций, требующих высокого качества поверхности с жесткими допусками и хорошей точностью, ковка подходит для операций, требующих прочности по сравнению с чистотой поверхности.

Например, ручные инструменты, такие как гаечные ключи, обычно изготавливаются методом ковки.

Это связано с тем, что удаление материала из металлического блока для придания формы заготовке сделает ручной инструмент слабым и склонным к поломке под нагрузкой.

С другой стороны, ковка сжимает материал, увеличивая его плотность и делая его пригодным для применения при высоких нагрузках.

Различие в машинах и необходимых инструментах

Ковка включает в себя обработку заготовки молотком для ее формования, в то время как механическая обработка включает использование острых инструментов для удаления материала с заготовки.

Таким образом, существуют различные различия в типах инструментов, используемых для ковки и механической обработки.

Инструменты, необходимые для ковки

Инструменты для ковки

Простейшая форма ковки требует только наковальни для размещения металлической детали, молотка для придания формы и щипцов для удерживания металлической заготовки.

Помимо этого необходимого оборудования, в кузнечном деле также используются долы и плоские долы.

Фуллер — это изогнутый или фигурный инструмент, используемый для создания углубления. Этот процесс также называют операцией формовки при ковке.

Приложение силы к горячему металлу приводит к протеканию металла в перпендикулярном направлении вдоль дола, что приводит к формированию требуемой формы.

Другой кузнечный инструмент, называемый плоскогубцем, также используется для выравнивания поверхности заготовки.

Хотя эти простые инструменты помогут вам начать работу по ковке, для сложной и крупномасштабной ковки потребуются дополнительные инструменты, такие как молоток и штампы.

Инструменты, необходимые для механической обработки

Инструменты для механической обработки

Операции механической обработки позволяют прорезать металлы для получения желаемой формы.

Токарный станок универсальный станок и один из древнейших. Он обычно используется для асимметричных операций обработки, таких как токарная обработка, расточка, шлифование, нарезание резьбы и т. д.

Принимая во внимание, что фрезерный станок подходит для симметричных и асимметричных операций, таких как фрезерование, сверление, контурная обработка, гравировка, периферийное фрезерование, нарезание резьбы, нарезание резьбы и т. д.

Эти станки обычно доступны в виде фрезерных станков с ЧПУ и фрезерных станков с ЧПУ.

В то время как фрезерные станки с ЧПУ подходят для самостоятельного изготовления из-за их низкой стоимости, фрезерные станки с ЧПУ подходят для обработки твердых металлов.

Различия в простоте использования

Традиционные кузнечные инструменты доступны для работы своими руками. Однако промышленные кузнечно-штамповочные машины могут весить около 50 тонн, что не подходит для мелкосерийных и самостоятельных работ.

Однако пневматические ковочные машины сравнительно меньше по размеру и весят около 200 кг, а их грузоподъемность составляет 16 кг, что делает их идеальными для мелкосерийного производства деталей из легких материалов.

Хотя гидравлические прессы для небольших производств стоят около 1500 долларов, они подходят только для холодной штамповки.

Таким образом, ковка не идеальна для применения в домашних условиях, за исключением ковки очень маленьких заготовок.

С другой стороны, механическая обработка доступна для домашних работ и небольших производств. Хороший токарный станок стоит около 300-3000 долларов.

Кроме того, станки с ЧПУ начального уровня, такие как фрезерные станки с ЧПУ и фрезерные станки с ЧПУ, могут стоить от 500 до 3000 долларов, что делает их наиболее подходящими для обработки своими руками.

Различия по потоку зерна

Поток зерна, возникающий в результате механической обработки и ковки

Поток зерна определяет внутреннюю структуру металлической заготовки, что влияет на ее механические свойства.

Ковка включает в себя ковку и придание формы заготовке, которая изменяет поток зерна, не ломая его.

Обеспечивает одинаковые механические свойства всей заготовки и высокую прочность.

С другой стороны, механическая обработка включает удаление материала с заготовки, тем самым прерывая поток зерна и делая заготовку слабой вдоль обрабатываемой области.

Следовательно, обработанная заготовка сравнительно более подвержена разрушению под нагрузкой, чем кованая заготовка аналогичного размера и геометрии.

Несмотря на то, что кованые детали обеспечивают превосходное качество сборки, важно выполнять операцию с максимальной осторожностью, чтобы избежать проникновения дефектов ковки и ослабления детали.

Затронутые различия механических свойств

Ковка включает ударную обработку материала и принудительное течение металла, заполняя все пустоты и трещины, присутствующие в заготовке.

Кроме того, при нагревании заготовки удаляется вся влага, присутствующая в материале, что гарантирует отсутствие пустот в материале.

Отсутствие микротрещин снижает риск выхода из строя из-за ползучести и усталости, одновременно повышая прочность и долговечность.

Кроме того, нагрев заготовки выше температуры рекристаллизации и последующее охлаждение улучшает структуру зерен и устраняет остаточное внутреннее напряжение.

Это дополнительно улучшает его механические свойства и улучшает способность материала выдерживать большие нагрузки.

С другой стороны, механическая обработка не изменяет внутреннюю структуру заготовки, а воздействует на поверхность материала, удаляя слой материала.

Приложение больших сил резания создает внутренние напряжения в материале, что приводит к разрушению заготовки под нагрузкой.

Различия в потреблении материалов

Ковка сохраняет материал, а механическая обработка приводит к потерям материала.

Чтобы понять это, рассмотрим пример преобразования заготовки диаметром D1 и длиной L в заготовку длиной L и диаметром D2.

Уменьшение диаметра заготовки точением

Процесс обработки для изготовления этой заготовки включает ступенчатое точение заготовки и удаление материала до тех пор, пока диаметр блока не уменьшится до D2.

Этот материал удаляется в виде стружек, которые трудно использовать повторно, поскольку они требуют сложного процесса плавления и отливки в металлический блок.

С другой стороны, операция ковки включает пропускание заготовки через пару роликов или использование штамповки для изменения ее формы путем формования.

Уменьшает диаметр заготовки при увеличении ее длины. Лишнюю длину можно отрезать с помощью режущего инструмента и использовать повторно без необходимости сложного процесса переработки.

Разница в стоимости между ковкой и механической обработкой

Сравнение стоимости кузнечно-механического оборудования разного уровня

Стоимость ковки и механической обработки зависит от поставленной задачи. Мелкомасштабные процессы ковки с использованием ручного оборудования менее затратны.

Как правило, основные формовочные инструменты стоят около 25 долларов США, при этом дополнительные затраты на штампы составляют около 100-200 долларов США, в зависимости от формы и размера штампа.

Однако промышленные кузнечные инструменты стоят намного дороже из-за их большой массы и жесткой конструкции.

При крупномасштабном промышленном применении высокая начальная стоимость кузнечного оборудования компенсируется большими партиями продукции.

С другой стороны, инструменты для обработки, такие как токарный станок и фрезерные станки с ЧПУ, могут стоить около 300 долларов США для приложений «сделай сам» и доходить до 15 тысяч долларов США в зависимости от размера, возможностей и конфигурации станка.

Помимо первоначальной стоимости, существуют различные факторы, такие как тип режущего инструмента, скорость обработки, потери материала и т. д., которые определяют стоимость обработки.

Низкая скорость резания приводит к низкой производительности, а для достижения высокой скорости резания требуются мощные станки с ЧПУ с постоянным потоком смазочно-охлаждающей жидкости, что увеличивает стоимость.

Чем ковка и механическая обработка отличаются от литья?

ковация против обработки против литья.0045 Обработка разрезает поток зерна

Фактор	Чистики	коелика	Обработка
Поточный поток	NO.	46 40046
Нагрев металла	до температуры плавления	до рекристаллизации температура	Не требуется нагрев
Сложность	High
Сложность	High
Сложность
. с ЧПУ
Усталостное разрушение	Да	Нет	Да
Защита от ползучести	Стойкость к ползучести	Хорошая защита	Уязвимая
Прочность на растяжение	Не удовлетворительно	Good	лучше, чем литья, меньше, чем кошелька
.
Стоимость	Высокая	Меньше	Зависит от размера партии

Литье, ковка или механическая обработка

Литье используется для изготовления тяжелого промышленного оборудования, такого как цилиндры двигателей, лопатки турбин и т. д.

Ковка и механическая обработка являются последующими этапами, направленными на получение окончательной формы с необходимой точностью.

В отличие от ковки и механической обработки, литье не требует больших сил сжатия или резания для придания формы материалу, вместо этого расплавленный металл заливают в форму и позволяют ему принять желаемую форму.

Это устраняет риск возникновения внутреннего напряжения в материале. Однако оплавление заготовки нарушает структуру зерна и повышает хрупкость.

В результате литые детали не подходят для применения в условиях высокой усталости или циклических нагрузок.

Чистота поверхности литой заготовки зависит от отделки формы. Песчаная форма дает шероховатую зернистую поверхность, а стальная форма дает гладкую поверхность.

Однако качество поверхности, полученное ковкой и механической обработкой, намного лучше, чем у литья.

Кроме того, литье позволяет изготавливать очень сложные узоры, которые невозможно получить ковкой или механической обработкой.

Таким образом, изготовление литья подходит для тех случаев, когда изготовление сложных узоров важнее прочности и жесткости детали.

Заключительные мысли 

Ковка и механическая обработка — это два совершенно разных производственных процесса.

В то время как ковка подходит для изготовления деталей с чрезвычайной прочностью, механическая обработка идеальна для изготовления деталей сложной геометрии.

Как правило, штамповка лучше всего подходит для самодельных изделий, где требуется высокая прочность, тогда как фрезерование с ЧПУ рекомендуется для достижения высокой точности и чистоты поверхности.

Кроме того, механическая обработка сравнительно более универсальна, поскольку она состоит из различных операций, таких как токарная обработка, нарезание резьбы, накатка и т. д., тогда как ковка ограничивается простыми формами.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Можно ли ковать сталь?

Да, Сталь можно ковать. Низкоуглеродистая сталь может быть кована в холодном состоянии, а сталь с высоким содержанием углерода – в горячем состоянии. Холодная ковка улучшает прокаливаемость низкоуглеродистой стали, тогда как горячая ковка улучшает ее ударную вязкость и структуру зерна.

Можно ли выковать обработанную деталь?

Да, обработанную деталь можно выковать для улучшения ее механических свойств. Посредством ковки можно повысить прочность детали, но, в свою очередь, это поставит под угрозу ее допуск и точность размеров.

Подходит ли титан для ковки?

Да, титан лучше всего подходит для ковки, так как его трудно обрабатывать из-за его свойств материала с высокой прочностью на растяжение и низкой теплопроводностью.

4 причины, по которым аутсорсеры в области медицинских технологий должны рассмотреть возможность холодной штамповки

Холодное формование концентраторов канюль для подкожных инъекций вместо их механической обработки может сэкономить время и деньги. Изображение предоставлено Sussex Wire Inc.

Стремясь производить высококачественные металлические компоненты и управлять затратами, контрактные производители могут извлечь выгоду из альтернативы другим методам формовки.

Тимоти Кардиш | 10 октября 2018 г.

Technavio прогнозирует, что мировой рынок аутсорсинга производства медицинского оборудования будет расти в среднем почти на 12% в период с 2018 по 2022 год. Фирмы-аутсорсеры медицинского оборудования и контрактные производители могут ожидать увеличения спроса, поскольку OEM-производители стремятся снизить свои производственные затраты. Это может иметь место, в частности, для больших объемов недорогих расходных материалов, таких как эндоскопы и хирургические инструменты.

Сами эти аутсорсинговые фирмы будут вынуждены предоставлять своим клиентам надежные и недорогие решения, обеспечивая при этом собственное здоровье и процветание. Это означает, что поиск альтернативных источников для традиционных продуктов, которые обеспечивают равную или лучшую производительность при меньших затратах, будет основным фактором их успеха.

Обработка винтов — это ресурс, который широко используется для поддержки производства медицинских изделий с использованием высококачественных воспроизводимых компонентов с жесткими допусками.

Аддитивное производство, такое как MIM (литье металлов под давлением), является еще одним ресурсом, которому поручено увеличить вклад.

Однако одним из ресурсов, которым часто пренебрегают, является холодная штамповка (или ковка), метод изготовления компонентов, достигаемый приложением силы с помощью штампа к металлической заготовке, помещенной в штамп. Этот метод формования достигается только силой, без применения дополнительного тепла или резки и сдвига.

В этой статье рассматриваются экономические преимущества, прочность, производительность и скорость вывода на рынок компонентов, изготовленных методом холодной штамповки, особенно по сравнению с возможностями обработки винтов. Цель будет заключаться в том, чтобы предоставить потенциальным инженерам по проектированию новых продуктов (NPD) в аутсорсинговых производственных средах объективное сравнение, на основе которого можно будет принимать обоснованные решения о поиске микроминиатюрных компонентов.

Инженеры NPD в значительной степени полагаются на методы проектирования и производства, полученные в результате обучения, многократного применения и эмпирического успеха. Ко многим альтернативным методам часто подходят с осторожностью, особенно в медицинских продуктах и ​​продуктах здравоохранения, где известное решение проверено и одобрено.

Несмотря на относительно малозаметность, холодная штамповка — это проверенная временем производственная технология, которая недостаточно изучена. Поэтому он не используется в полной мере для увеличения выхода, снижения затрат и отходов и повышения качества. Холодная штамповка не является новой технологией изготовления микроточных компонентов, но она до сих пор недостаточно известна или понятна из-за повсеместного отсутствия соответствующих курсов в инженерных школах.

Инженерам NPD настоятельно рекомендуется изучить сильные стороны и ограничения холодной штамповки на раннем этапе процесса проектирования или на соответствующем этапе рассмотрения проекта, а также вступить в консультативные отношения с фирмой, занимающейся проектированием и производством компонентов, для совместной работы над модификациями, которые могут значительно улучшить прочность компонента и облегчить его технологичность, в то же время предоставляя вариант с наименьшими затратами.

Слишком часто к тому времени, когда геометрия микро/миниатюрной детали фиксируется инженером АФД, возможность внесения улучшений уже упущена. Несмотря на то, что эти части могут играть небольшую роль в большом проекте, их конструкции можно оптимизировать для достижения всех целей дизайнера, если они известны заранее. Другими словами, иногда можно пойти на компромисс в отношении некритических размеров и допусков в холодноформованной детали, чтобы соответствовать функциональным спецификациям, особенно если проектировщик и производитель компонентов работают вместе до утверждения окончательной конструкции детали. На самом деле, такой совместный подход работает для любой технологии производства, а не только для холодной высадки или профилирования, и часто может привести к объединению нескольких компонентов в одну деталь, что еще больше экономит время и деньги.

Что такое холодное формование?

Как указывалось ранее, холодная штамповка заключается в приложении усилия пуансоном к металлической заготовке, поставленной в штамп, а затем, при необходимости, некоторых дополнительных вторичных операциях холодной штамповки. Сила превышает предел упругости сплава, вызывая пластическое течение до тех пор, пока металлическая заготовка не примет форму, связанную пуансоном и матрицей. Следовательно, холодное формование не приводит к повторному отжигу или механическому повреждению исходной металлургической зернистой структуры материала, как это могут делать другие процессы. На самом деле он имеет обратный эффект: укрепляет деталь.

Ниже приведены основные преимущества холодной штамповки для медицинских специалистов.

• Более низкая стоимость.  Себестоимость холодногнутых деталей часто на порядок меньше, чем у деталей, изготовленных методом резьбовой обработки. Во многом это связано со значительно более высокой пропускной способностью машин для холодной высадки: 90-300 частей на миллион по сравнению с 5-30 частями на миллион (типично) для обработки винтов. Это приводит к гораздо меньшему применению служебных данных к каждой части, чем к другим процессам.

  Другим фактором, который способствует экономии средств, является практическое устранение брака и связанных с ним затрат на переработку материалов, а также смазочных масел.

  Холодное формование — это процесс получения чистой или почти чистой формы, при котором материал сжимается, а не удаляется. Устранение брака снижает затраты на энергию, рабочую силу и переработку.

  Рассмотрим приведенный ниже пример (ссылаясь на приведенное выше изображение концентраторов канюль для подкожных инъекций, используемых в ветеринарии), в котором сравнивается экономия затрат на производство канюль для подкожных инъекций.

• Надежное снабжение.  Из-за высокой пропускной способности машин для холодной высадки, порядка 4:1 (или выше) по сравнению с обработкой винтов, редко возникают проблемы с невыполненными заказами или несвоевременными поставками. Станки для холодной штамповки работают круглосуточно, семь дней в неделю, один оператор управляет несколькими станциями, повторяя одну и ту же деталь снова и снова с надежной согласованностью. Строгая программа обеспечения качества обеспечивает соблюдение требований, начиная с утверждения первой детали и заканчивая многомиллионной итерацией, а своевременное планирование от производителей холодного формования гарантирует, что аутсорсинговым поставщикам медицинских услуг никогда не придется беспокоиться о выполнении требований к доставке.

  Приведенный ниже пример крепежных изделий медицинского назначения иллюстрирует экономию 17 дней при изготовлении 1 000 000 деталей методом холодной штамповки, которая может быть выполнена за 6 дней по сравнению с 23 днями при обработке винтов. И опять же, экономия на этом количестве составляет кругленькую сумму в 11 500 долларов.
  

   

• Повышенная прочность.  Холодное формование — это процесс, при котором материал сжимается, а не удаляется. Таким образом, вместо того, чтобы ослаблять деталь, как это происходит при обработке винтов, холодное формование укрепляет ее. Это может быть важным соображением в расходных материалах для медицины/здравоохранения, которые требуют долговечности или дополнительной подвижности от целостности детали.

  Примером такого применения является проволочная петля для эндоскопических щипцов (ниже). Петля была сформирована в холодном состоянии на конце одножильного провода, что обеспечило врачу более прочный и менее губчатый тактический опыт, что привело к большему удобству для врача и улучшению результатов лечения пациентов.