Kucie swobodne
Kucie swobodne stosuje się przede wszystkim w produkcji jednostkowej i małoseryjnej, najczęściej dla otrzymania odkuwek dużych części silnikowych (dużych wałów, korbowodów itd.). Kształt odkuwki otrzymanej w ten sposób na ogół różni się od kształtu obrobionego przedmiotu, ponieważ odkuwka podlegająca kuciu powinna mieć kształt prosty, łagodne przejścia, w miarę możności symetryczne, które powstają z „wyprostowania" na rysunku linii zarysu według najbardziej wystających miejsc. Powierzchnia odkuwki zazwyczaj nie jest gładka, ma miejscowe zagłębienia (ślady uderzeń młota) i oprócz tego pokryta jest warstwą zgorzeliny. W dużych odkuwkach warstwa ta ma znaczną grubość (do 5 mm i więcej).
Niedokładność wymiarów i kształtów jest spowodowana:
1)niemożnością dokładnego dostosowania siły uderzenia do wymaganej wielkości odkształcenia;
2)niedokładnością pomiarów gorących odkuwek;
3)zmniejszeniem wymiarów odkuwki (analogicznie do skurczu odlewniczego) przy jej stygnięciu; skurcz można uwzględnić tylko w przybliżeniu;
4)odkształceniem odkuwek, przesunięciem przebijanych otworów od wymaganego ich położenia itd.
Jak przy każdej pracy ręcznej wielkość niedokładności zależy w znacznym stopniu od doświadczenia i uwagi kowala, dlatego wielkości tej nie da się dokładnie obliczyć.
Dopuszczalne odchyłki wymiarowe odkuwek stalowych kutych swobodnie są określone w normie PN/H-94101. Nie odnosi się ona do odkuwek w kształcie kostek, płyt, krążków, pierścieni i tulei, które są przedmiotem odrębnych norm: PN/H-94102 i PN/H-94103.
W normie PN/H-94101 rozróżnia się w zależności od trudności wykonania trzy klasy odkuwek swobodnie kutych:
5)klasa I — odkuwki łatwe o kształcie walców i graniastosłupów bez występów lub z występami symetrycznymi, przy czym stosunek średnic lub grubości występów do średnicy lub grubości przylegającej części odkuwki nie przekracza 1,5 (rys. 63a);
6)klasa II — odkuwki normalne o kształcie walców lub graniastosłupów z symetrycznymi występami, przy czym stosunek średnicy lub grubości występów do średnicy lub przylegającej części odkuwki jest większy niż 1,5 (rys. 63b);
3) klasa III — odkuwki trudne o kształcie walców lub graniastosłupów o niesymetrycznych występach lub odkuwki o bardziej skomplikowanych kształtach (rys. 63c).
Większość typowych części silnikowych (jak np. wały korbowe, korbo-wody itp.) należy zaliczyć do odkuwek trudnych, tj. do III klasy.
W tabl. 17 podano dopuszczalne odchyłki wymiarów odkuwek trudnych (III klasa) ze stali węglowych i stopowych o zawartości dodatków stopowych do 5% według PN/H-94101.
Dopuszczalne odchyłki wymiarów zostały uzależnione od stosunku wymiarów podłużnych do poprzecznych. Dla wymiarów poprzecznych odchyłki (tb) zależą od stosunku długości całej odkuwki do wymiaru poprzecznego danej części odkuwki. Dla wymiarów podłużnych odchyłki (r,) zależą od stosunku długości danej części odkuwki do wymiaru poprzecznego tej części.
Obecnie do kucia swobodnego stosowane są mioty o ciężarze części spadających, tj. bijaka, górnego kowadła, tłoka i tłoczyska, do 5000 kG, przekuwające wlewki o ciężarze do 2 T. Cięższe wlewki przekuwane są na prasach hydraulicznych.
Najczęściej, szczególnie do produkcji niewielkich ilości przedmiotów, stosuje się do kucia swobodnego młoty parowo-powietrzne dwustronnego działania, napędzane
parą o ciśnieniu 5 -r 7 atn. Ze względu na konstrukcję korpusu stosowane młoty parowo-powietrzne możemy podzielić na jednostojakowe, dwustojakowe i mostowe. Przykład typowej konstrukcji dwustojakowego młota paro-wo-powietrznego do kucia swobodnego przedstawiony jest na rys. 64. W cylindrze 1 porusza się tłok z tłoczyskiem podobnie jak w maszynie parowej. Do tłoczyska 2 przymocowany jest bijak 3, a za jego pośrednictwem górne kowadło 4. W celu zapewnienia osiowego uderzenia bijaka, porusza się on w prowadnicach 5-Przekuwany materiał ustawia się na kowadle 6, zamocowanym na stalowej' „poduszce" 7, która spoczywa na szabocie 8. Sterowanie młota (podnoszenie i opuszczanie bijaka) odbywa się za pomocą mechanizmu rozrządu pary lub powietrza 9, uruchamianego dźwignią 10. Stojaki 11 ustawione są na oddzielnym fundamencie niezależnie od szaboty.
Wielkie mostowe młoty parowe do kucia swobodnego (rys. 65) mają zamiast ciężkich lanych stojaków lżejszą Składa się ona z dwóch słupów 1, połączożarze części spadających do 1000 kG oraz niekiedy (do operacji wymagającej dużej częstotliwości uderzeń) młoty sprężynowe.
Prasy hydrauliczne były pierwszymi prasami kuźniczymi, którymi usiłowano poprawić warunki pracy w kuźniach wyposażonych w młoty parowe i spadowe oraz usunąć wstrząsy gruntu, nieprzyjemny hałas, nadmierne zużycie pary, znaczny koszt napraw i związane z tym postoje. Przy wytwarzaniu silników prasy hydrauliczne stosowane są przede wszystkim przy kuciu swobodnym ciężkich wałów korbowych. Rozróżniamy dwa typy pras: a) czterokolumnowe z jednym, trzema lub czterema
cylindrami o nacisku 2000 4-20 000 T oraz b) wysięgowe jednostojakowe z jednym cylindrem o nacisku 1004-1500 T.
Typową konstrukcję kuźniczej czterokolumnowej prasy hydraulicznej z jednym cylindrem przedstawiono na rys. 66. Nurnik prasy osadzony jest w suwaku 1, zaopatrzonym w cztery tuleje 2, za pomocą których posuwa się po słupach. Woda pod ciśnieniem 150-4 300 atn znajdująca się w cylindrze ciśnie na nurnik i przesuwa go wraz z suwakiem w dół. Do ruchu powrotnego służą dwa cylindry powrotne 3 z nurnikami 4. Nurniki te za pomocą belek 5 i cięgieł 6 zamocowanych w suwaku przesuwają go w położenie górne. Rozrząd wody odbywa się za pomocą osobnego urządzenia, zwanego rozdzielaczem.
Rozpatrzmy kilka typowych przykładów kucia swobodnego części silnikowych.
Na rys. 67a-g pokazano przebieg kucia wału o trzech wykorbieniach rozstawionych wzglądem siebie pod kątem 120°. Wał ten odkuwa się z rygla kwadratowego, przekutego na bryłę w kształcie prostopadłościanu o grubości równej szerokości ramion. Po wykonaniu żłobków (rys, 67a) oraz wydłużeniu końców otrzymujemy część o kształcie pokazanym na rys. 67c. Następnie odkuwamy czop główny 1 na okrągło oraz za pomocą palnika gazowego wycina się materiał w miejscach x, po czym czopy 2 i 3 obtacza się na tokarce. Po nagrzaniu czopa 3, na kwadratowe zakończenie wału 4 nakłada się grzechotkę, którą obraca się, jak przedstawiono na rys. 67e, hakiem do dźwigu. W ten sam sposób skręcony zostaje wał w płaszczyźnie 2 czopa, również uprzednio nagrzanego. Dalszą obróbkę wału po wycięciu miejsc y palnikiem i zaokrągleniu czopa 4, wykonuje się na obrabiarkach.
Ze względu na wielokrotne miejscowe nagrzewanie wał należy przed obróbką dobrze wyżarzyć.
Opisany sposób odkuwa-nia wału korbowego jest wygodny i tani, ma jednak istotną wądę. Przekręcanie wykorbień o kąt 120° wpływa ujemnie na przebieg włókien stali, powodując w miejscach skręcanych obniżenie własności wytrzymałościowych. Dla-
tego też jako lepszy uważany jest sposób kucia wału z trzema wykorbie-niami pod kątem 120°, pokazany na rys. 68