Operacje towarzyszące przy kuciu swobodnym

Kucie swobodne można może być przeprowadzane pod młotami, w prasach kuźniczych lub w kowarkach. Przy kuciu swobodnym stosuje się następujące operacje kuźnicze: wydłużanie,  roztłaczanie, spęczanie, przebijanie, przecinanie, zginanie, skręcanie oraz zgrzewanie.

Wydłużanie – jest to odkształcenie materiału w kierunku osi przy jednoczesnym zmniejszeniu powierzchni jego przekroju, przy czym materiał jest ułożony w poprzek kowadła. Podczas wydłużania materiał kuty powinien być obracany dookoła osi podłużnej o 90⁰ ruchem na przemian w lewo i w prawo lub obracany stale w jednym kierunku ( stal stopowa ). Można również wykonać kilka uderzeń na jednej powierzchni odkuwki a później ją obrócić. Posuw materiału przy jednym uderzeniu powinien wynosić najwyżej 0,7 szerokości kowadła. Do wydłużania należy używać młoty o odpowiednio dużej masie części spadających.

Roztłaczanie – inaczej zwane poszerzaniem jest to odkształcenie materiału odkuwki w kierunku poprzecznym do jego osi przez kucie wzdłużne kowadła lub przy użyciu półokrągłych „odsadzek”.

Spęczanie – nazywane zgrubieniem jest to odkształcenie wlewka, kęsiska, pręta lub przygotówki w kierunku osi, przy czym zgrubienie może nastąpić na całej długości materiału lub tylko na jego części. W operacji tej następuje zmniejszenie wysokości lub długości odcinaka wsadu przy jednoczesnym zwiększeniu przekroju. Spęczanie stosuje się w celu wykonania odkuwki o niewielkiej wysokości i znacznym przekroju poprzecznym ( kołnierze, krążki, tarcze), jako operację pomocniczą przed przebijaniem oraz dla zwiększenia stopnia przekucia. Spęczać można odkuwki  o stosunku wysokości do szerokości / średnicy od 1,8 do 3. Przy większym stosunku wymiarów może nastąpić wyboczenie odkuwanego przedmiotu.

Przebijanie – jest operacją kuźniczą, za pomocą której wykonywane są otwory lub wgłębienia w odkuwanym materiale. Do przebijania służą narzędzia zwane przebijakami. Rozróżnić można przebijaki do mniejszych otworów  fi < 400 mm oraz przebijaki rurowe do otworów większych fi > 400 mm, lub kiedy istniej potrzeba usunąć środkową część odkuwki.

Przecinanie – jest to oddzielenie części materiału za pomocą siekiery kuźniczej ( przy kuciu maszynowym ) lub przecinaków ( przy kuciu ręcznym ). Przecinanie stosowane jest w celu usunięcia nadmiaru materiału.

Gięcie – polega na wygięciu osi odkuwki według żądanego kształtu. Ze względu na występujące zmniejszenie przekroju w miejscu zginanym, miejsce to najczęściej zostaje pogrubione przed zginaniem .

Skręcanie – to operacja stosowana przy wykonywaniu odkuwek o specjalnych kształtach, jak na przykład wałów korbowych z przestawionymi wykorbieniami, wierteł spiralnych i tp. Kąt skręcania włókien zewnętrznych nie powinien przekraczać 35⁰ . Większe skręcenie może spowodować pęknięcie materiału. Do operacji skręcania stosowane są pokrętła zapadkowe, część odkuwanego materiału mocuje się między kowadłami a drugą część w uchwycie pokrętła. Obrót pokrętła powoduje skręcie materiału pomiędzy częściami zamocowanymi w uchwytach.

Zgrzewanie – jest to łączenie pod wpływem silnych uderzeń w jedną całość kawałków stali, nagrzanych do wysokiej temperatury. Zgrzewać można łatwo stale miękkie o zawartości węgla w składzie chemicznym do 0,2 %. Temperatura nagrzewania przy tym zabiegu wynosi około 1350⁰C. Tlenki znajdujące się na powierzchniach zgrzewanych odkuwek zostają pod wpływem nacisku wciśnięte poza te powierzchnie. W celu obniżenia temperatury topnienia tych tlenków powierzchni e obu zgrzewanych elementów posypuje się czystym piaskiem lub boraksem. Zgrzewanie stali stopowych jest trudniejsze ponieważ dopuszczalna temperatura nagrzewania jest tu niższa.

Wykonacie odkuwki swobodniej wymaga zazwyczaj zastosowania kilku z wymienionych operacji kuźniczych.

 

Znacznie odkuwek matrycowych w budowie maszyn

Odkuwki matrycowe znajdują bardzo szerokie zastosowanie w przemyśle. Stosuje się je w budowie maszyn i urządzeń oraz służą one do wykonania różnych narzędzi i przedmiotów codziennego użytku. Nie można wyobrazić sobie wykonania współczesnego samolotu samochodu lub traktora bez części kutych. Udział wagowy części kutych wynosi ok. 30% masy całego wyrobu, a często i więcej. Wśród części kutych odkuwki matrycowe mają znaczenie zasadnicze, a zależne od rodzaju wyrobu, wielkości produkcji oraz sposobu wykonania ich udział wynosi 50:80 % .

   Szerokie zastosowanie odkuwek matrycowych tłumaczy się dużymi zaletami recesów kucia matrycowego: wysoką jakością odkuwek, znaczną wydajnością urządzeń stosunkowo wysokim stopniem wykorzystania materiału itd.

   Jakość wyrobów kutych matrycowo jest większa w porównaniu z podobnymi wyrobami wykonanymi innymi metodami obróbki metali. Na przykład, metodami odlewania można wykonać elementy o kształtach bardziej złożonych niż kute, ale są one gorsze pod względem własności. Metal obrobiony plastycznie, a następnie poddany obróbce cieplnej ma najlepsze własności mechaniczne i dlatego najbardziej obciążone części maszyn wykonuje się z odkuwek

   Zalety kucia matrycowego jeszcze bardziej uwydatniają się, gdy porównamy te metodę z obróbką skrawaniem, która od niedawna przewyższała wszystkie inne metody pod względem czystości powierzchni i dokładności wymiarów części. W miarę doskonalenia procesów kucia polepszano znacznie jakość produkcji, uzyskując odkuwki, których czystość powierzchni i dokładności wymiarów części. W miarę doskonalenia procesów kucia polepszano znacznie jakość produkcji, uzyskując odkuwki, których czystość powierzchni i dokładność wymiarów odpowiada uzyskiwanym podczas obróbki skrawaniem. Specjalne procesy kucia matrycowego ( wyciskanie, kalibrowanie ) pozwalają obecnie wykonać odkuwki w 3 klasie dokładności, nadające się do montażu bez obróbki skrawaniem.

  Kucie matrycowe daje znaczne oszczędności materiałowe. Według danych statystycznych zastąpienie obróbki skrawaniem kuciem matrycowym umożliwia na każdy milion ton wsadu 250 000 ton oszczędności metalu. Między innymi tylko z tego powodu udział obróbki skrawaniem w obróbce metali powinien stale ulegać zmniejszaniu, a tam gdzie jest to technicznie uzasadnione powinien być nawet całkowicie zastąpiony kuciem matrycowym. Obróbkę skrawaniem należy stosować tylko w celu zwiększenia gładkości i czystości powierzchni części, gdy nie można tego osiągnąć za pomocą kucia matrycowego.

Wyroby kute

Najważniejszymi produktami/wyrobami kuźni są
-pręty kute
-odkuwki kute swobodnie pod młotami lub w innych maszynach kuźniczych
-odkuwki matrycowe

Pręty kute wykonuje się najczęściej ze stali stopowych lub wysokostopowych,
-kiedy wymagane jest technologicznie użycie prętów kutych
-kiedy potrzebna jest stosunkowo niewielka ilość
-w przypadku kiedy walcowanie jest nieopłacalne


Pręty o przekrojach małych kuje się pod młotami lub w szybkobieżnych pracach, pręty w większych przekrojach kuje się pod prasami. Powierzchnia prętów kutych powinna być gładka i nie powinna wykazywać wad takich jak pęknięcia, zakucia itp. Standardowe długości prętów wynoszą od 1500 mm do 6000 mm i uzależnione są najczęściej od wielkości przekroju. Dopuszczalne odchyłki wymiarów poprzecznych i długości oraz wielkość naddatków przeznaczonych na obróbkę mechaniczną uwzględnione są w odpowiednich normach.

Odkuwki swobodnie kute mogą być wykonywane ze stali konstrukcyjnych węglowych lub stopowych, ze stali narzędziowych  węglowych i stopowych, ze stali wysokostopowych, ( stal nierdzewna, żaroodporna itd ). Kucie swobodne stosowane jest przy produkcji jednostkowej lub małoseryjnej mniejszych odkuwek oraz przy kuciu odkuwek o dużej masie i dużych rozmiarach. Małe odkuwki kuje się zazwyczaj pod młotami zaś duże w pracach. Odkuwki swobodnie kute mogą mieć najróżniejsze kształty. Mogą to być kostki, krążki, pierścienie, wały proste lub z różnymi odsadzeniami oraz odkuwki o złożonych kształtach takie jak wały korbowe itp.

Odkuwki

Odkuwka to gotowy produkt procesów kuźniczych, który nie podlega dalszej przeróbce plastycznej, znajdujący zastosowanie w postaci nie obrobionej, obrobionej częściowo lub całkowicie obrobionej skrawanie.

Podstawowymi grupami odkuwek są :
-odkuwki swobodnie kute
-odkuwki matrycowe
-odkuwki specjalne
Szczególnymi parametrami odkuwek są: masa i uzysk, rozróżnia się niżej wymienione parametry:
-masą materiału wstępnego Mw- tak zwanego materiału wsadowego,
-masę wyrobu gotowego Mg, - obrobiony gotowy detal
-masę nominalną odkuwki Mn  zwiększoną w stosunku do masy wyrobu gotowego o naddatki technologiczne oraz naddatki przeznaczone na obróbkę
-masę maksymalną odkuwki Mmax która wykonana jest z dodatnimi dopuszczalnymi odchyłkami- naddatkami
-masę minimalną odkuwki Mmin która wykonana jest z minimalnymi dopuszczalnymi odchyłkami- naddatkami
Rzeczywista masa wykonanej odkuwki Mrz może mieścić się w granicach od Mmin do Mmax
Stosunki odpowiednich mas nazywa się uzyskami, które można podzielić na :
-uzysk kuźniczy Uk = Mg : Mw 
-uzysk obróbki skrawaniem Us = Mg : Mrz
-uzysk całkowity Uc = Mg : Mw lub Uc = Uk x Us