1. Technologie objemového tváření – kování

    2. 3.1. Stupeň deformace a prokování
     3.2. Výpočet síly a práce při kování
     3.3. Rozdělení kování

      3.3.1. Volné kování
      3.3.2. Zápustkové kování
    3.4. Speciální způsoby kování
      3.4.1. Přesné kování
      3.4.2. Kování na vodorovných kovacích strojích
      3.4.3. Kování protlačováním
      3.4.4. Kování za rotace
      3.4.5. Vícecestné kování

3. Technologie objemového tváření - Kování

  Kováním rozumíme objemové tváření za tepla, prováděné úderem nebo klidně působící silou. Kování má bohatou historii - ruční kování pomocí kladiva kovadliny zná lidstvo několik tisíců let. Jedná se o přetržitý způsob a výkovek má požadovaný tvar, příznivou makrostrukturu, výhodnou mikrostrukturu a zvýšené mechanické a fyzikální vlastnosti. Kováním lze zpracovávat téměř všechny kovy.


Kovací teploty v diagramu Fe – Fe3C

  Strojní kování zproduktivňuje výrobu malých a středně velkých výkovků a umožňuje zpracování těžkých odlitků. Hlavní důraz při kování se klade na nejmenší spotřebu materiálu, optimální přesnost výkovku, vysokou jakost tvářeného kovu, příznivý průběh vláken a na ekonomii provozu. Kování nejenom umožňuje vyrábět tvary požadovaného rozměru, ale zároveň i zlepšovat původní mechanické vlastnosti a strukturu - kování má velký význam nejenom pro tvarování výrobků, ale i pro zlepšení jejich mechanických vlastností (stupeň prokování). Účelem prokování je odstranění nestejnorodé hrubé licí struktury a metalurgických vad u ingotů, které snižují tvárnost a fyzikální a mechanické hodnoty a vlastnosti kovu.


Kovací diagram

3.1. Stupeň deformace a prokování

  Tvářením za tepla se tvar primárních krystalů, dendritů, mění (dochází k jejich rozrušování) a vytvářejí se vlákna. Protože však nastává dynamická rekrystalizace, deformovaná zrna se změní na nová, jemnější a textura zmizí. Avšak nečistoty v povrchových vrstvách krystalů nepodléhají rekrystalizaci a proto nemění svůj tvar - vzniká vláknitá textura, kterou nelze žádným tvářením ani tepelným zpracováním odstranit.

  Vláknitost má vliv na anizotropii vlastností (mechanické vlastnosti, tažnost, …) ve směru vláken a ve směru příčném a mění se stupněm prokování p (praktická hodnota prokování je 3 až 4) a stupněm deformace. Proto se musí při tváření za tepla vždy pamatovat na správný směr vláken. Směr největšího normálového napětí má souhlasit se směrem vláken a tečné napětí má být k němu kolmé. Vlákna nemají být přerušena a mají se shodovat s obrysem součásti.


Stupeň deformace a prokování pro základní operace kování

3.2. Výpočet síly a práce při kování

Velikost deformační síly [N] je dána součinem přetvárného odporu (odpor proti tváření) a průmětu plochy polotovaru do roviny kolmé ke směru působící síly:

  F = ko . S                 kde               ko = kp . m     

kde:      ko  … přetvárný odpor [MPa]
            kp  … přetvárná pevnost [MPa]
            S   … plocha kovadel [mm2]
            m  … koeficient závislý na způsobu tváření, tvaru a rozměrech a na tření

3.3. Rozdělení kování

  Kování dělíme na volné, tj. na kovadlině nebo pomocí univerzálních kovacích podložek, a zápustkové, tj. ve tvarových dutinách (zápustkách). Při volném kování může materiál tvářený údery nebo tlakem téct volně hlavně ve směru kolmém k působení síly. Při zápustkovém kování je materiál vtlačován údery nebo tlakem do kovové, většinou dvoudílné zápustky.

 

3.3.1. Volné kování

  K volnému strojnímu kování se používá různých tvářecích strojů, zejména bucharů a lisů. Buchary působí na materiál údery (rázy) beranu, ale prokovou jej jen do určité hloubky. Proto buchar působí více rázy a díky tomu je možné dosáhnout vyššího stupně prokování. Při úderech beranu odpadají z materiálu okuje a proto je povrch výkovků čistý. Lisy působí na materiál klidným tlakem a prokovou materiál v celém průřezu.

  Problematika kování je vázána na vliv tření mezi tvářecími části nástroje a materiálem, které způsobuje soudečkovitost výkovku nebo vyboulení u dlouhých těles a dále rozdílné stupně prokování v jednotlivých oblastech výkovku (je nutné otáčení) – mluvíme o kovářském kříži.

  Volně kované výkovky se navrhují vždy v jednodušším tvaru, než jaký má mít výkovek. Tvarovanému zjednodušení se říká technologický přídavek. Vedle technologických přídavků má výkovek ještě přídavky na obrábění, a to v náležitých tolerancích.  Pro správné stanovení technologického postupu je potřeba znát výkres obrobené součásti, hmotnost součásti (pro stanovení kovacích časů), druh a velikost stroje a chemické složení materiálu (pro stanovení kovacích teplot).

  K výrobě pomocí volného kování se používá jednoduchých kovářských nástrojů, přípravků a strojů. Pi volném kování docilujeme žádaný tvar výkovku pomocí univerzálních kovadel a speciálním polohováním výkovku. Úchylky rozměrů výkovků jsou velké, povrch je hrubý, nerovný. Výchozím materiálem jsou buď předvalky nebo ingoty. Nejpoužívanější nástroje jsou kovadla (horní a spodní). Kovadla jsou jednoduchých geometrických tvarů, jako např. kovadla rovinná, válcová, klínová, apod. – viz. obr. 3.4. Rybinovité části kovadel slouží k upevnění na bucharu nebo lisu. Díry v čelní stěně slouží pro manipulaci s nástrojem. Pracovní plochy kovadel jsou kaleny. Docílení výsledného tvaru vyžaduje uvědomělý sled operací, při kterém všechny prostorové změny tvaru převádíme na pěchování.


Tvary kovadel

  Mezi základní práce a principy volného kování patří pěchování. Pěchování je nejjednodušší tvářecí přetvárný proces, při kterém dochází k plastické deformaci materiálu mezi dvěma plochými nebo tvarovými čelistmi, resp. v dutině. Pěchování je na druhé straně silově a energeticky nejnáročnější kovářskou operací. Je to buď přímá kovářská operace při kování plochých výkovků a nebo předběžná operace pro dokonalé prokování materiálu, snížení anizotropie a výhodnější průběh vláken. Zmenšuje se výška a zvětšuje se plocha průřezu

  Pro pěchování je nutné prohřát celý materiál rovnoměrně a zajistit rovnoběžnost čelních ploch, omezit štíhlost polotovaru (nebezpečí ohybu) a zajištění kolmosti k ose stroje.


Pěchování válcových polotovarů

  Další technologií volného kování je prodlužování (kování do délky, vytahování). Je to nejpoužívanější operace při volném kování. Podstatou je provedení většího množství pěchovacích operací vedle sebe, čímž dochází k prodlužování a zároveň ke zmenšení plochy příčného průřezu.

Polotovarem se nejčastěji střídavě otáčí o 90o a posouvá o posuv p, čímž se vyrovnává rozšíření. Záběr p je vždy menší, než šířka kovadla s.


Prodlužování

Na obrázku je schéma operace osazování (naznačování) a prosazování, přesazování a děrování. Osazovat můžeme buď jednostranně nebo oboustranně. Naznačením dvou míst na protilehlých stranách výkovku můžeme vykovat přesazení, dvojím přesazením lze vykovat zalomení.


Operace volného kování

  U děrování se mírně kuželový trn se vtlačí do materiálu asi na 1/2 výšky. Poté se výkovek obrátí a z druhé strany se děrování dokončí. Takto se vyrábějí otvory od průměru 40 mm, u menších hrozí zlomení děrovacího trnu. Zbylá blána se následně prostřihne.

3.3.2. Zápustkové kování

  Zápustkové kování slouží k výrobě velkého počtu tvarově stejných součástí z ocelí nebo jiných tvárných slitin. Zápustka je většinou dvoudílný nástroj. Hlavní předností zápustkového kování je vysoká výkonnost a snadná obsluha. Výkovky mají však omezené rozměry a hmotnost.

  Ohřátý materiál se tváří v dutině zápustky, jejíž tvar je shodný s tvarem výkovku. Rozměry jsou však zvětšeny o hodnotu smrštění vychladlého výkovku. Proti volnému kování se dosahuje přesnějšího tvaru výkovku. Přesnost a jakost povrchu se dá výrazně zlepšit následným kalibrováním tak, že se nemusí již dále používat obrábění. Zápustkovým kováním se dosahuje vysokého stupně prokování a průběh vláken sleduje obrys výkovku. Při zápustkovém kování se postupuje tak, že se výchozí polotovar, ohřátý na potřebnou kovací teplotu, vloží do dutiny zápustky a působí se na něj tlakem nebo údery tvářecího stroje.


Postup kování v jednodutinové zápustce na bucharu

  K zápustkovému kování používáme bucharů (kování úderem) a lisů (kování klidným tlakem). Dutinu zápustky je možno zaplňovat buď vtlačováním nebo pěchováním - z čehož pěchování je lepší. Při kování na bucharech je zápustková dutina vyplňována postupně během několika úderů beranu, při kování na lisech je výkovek zhotoven v průběhu jednoho zdvihu nebo několika zdvihů (postupová zápustka). Při konstrukci zápustkových bloků je důležitou částí řešení způsob upnutí zápustky na kovací stroj, hlavně na buchar. Rázy při kování totiž velmi snadno upevnění zápustek povolují. Pro buchary se zápustka opatřuje s úspěchem rybinou  a upíná se pomocí pera a klínu. Kování na lisech - tím se rozumí obvykle kování na svislých klikových lisech, vhodné pro velké série a jednodušší tvary výkovků. Zápustky mají jiný způsob upínání než na bucharech. Upínají se pomocí stopek, šroubů a příložek. Výkovky mohou mít menší úkosy, na lise je možno použít vyhazovačů. Výkovky se často sdružují ve vícenásobných dutinách. Po vykování spolu výkovky souvisí za výronek, takže k jejich oddělení dojde po odstřižení výronku. Kovat lze též na třecích lisech. Jedná se převážně o výkovky rotačních tvarů, kovaných ve svislé poloze.

     Pro složitější tvary výkovků v zásadě platí tato pravidla:

  • v jedné dutině se nesnažíme deformovat kov v příčném i podélném směru současně
  • rozdělení matriálu v podélném směru provedeme dříve než ve směru příčném
  • tvar předkovku navrhneme tak, aby při kování docházelo k posuvu částic v příčných řezech a předkovek měl rotační tvar
  Při zápustkovém kování záleží počet kovacích dutin na tvaru výkovku, ale též na tvaru výchozího materiálu. Jen zřídkakdy se stane, že k vykování výkovku stačí jedna dutina. Jednotlivé dutiny se často umísťují do společného bloku oceli - nástroje, což je pro práci na bucharu výhodné. Přenášení výkovku z jedné dutiny do druhé netrvá příliš dlouho, výkovek nechladne rychle. V případě složitějších tvarů je tedy nutno kovat ve více dutinách, které zajistí tečení materiálu v dutině zápustky – kování v postupových zápustkách.


Schéma tečení materiálu v dutině postupové zápustky

  Postupová zápustka může být někdy konstruována pomocí výměnných tvarových vložek kruhového nebo obdélníkového tvaru. Dochází zde k výrazné úspoře materiálu zápustky. Kování v zápustkách bez dutiny pro výronek se říká tzv. kování v uzavřených zápustkách. Je velmi náročné, protože objem materiálu musí být velmi přesně stanoven. Na obrázku je ukázka postupové zápustky pro buchar. V postupové zápustce nejsou dutiny umístěny za sebou podle technologického postupu. Kovací (dokončovací), tj. poslední dutina se umisťuje uprostřed tak, aby její těžiště bylo blízko těžiště celého bloku. To proto, že síla (nebo energie) na kování výkovku je větší, než na kování předkovků. Jednak proto, že výkovek chladne a tedy roste jeho přetvárná pevnost a dále proto, že výkovek včetně výronkové drážky má největší plochu. Ostatní dutiny jsou rozmístěny kolem této dokončovací dutiny. Operace zápustkového kování pak dělíme např. na rozdělování, předkování, kování a odstřižení výronku. Toto rozdělení je nejobvyklejší, avšak není jediné. Během kování je možné výkovek přenášet a do dutin ukládat buď pomocí kleští za zbytek tyče původního materiálu nebo pomocí robotů a manipulátorů. K oddělení tohoto zbytku slouží utínka, tj. ostrá hrana v pravém dolním rohu. Odstřižení výronku se provádí v jiném nástroji. Předkování se může provádět volně, v zápustkách nebo na kovacích válcích.


Postupová zápustka pro buchar (1 – prodlužovaní, 2 – rozdělovací, 3 – předkovací, 4 – kovací, 5 – dokončovací dutina, a – polotovar)

  Kovací (dokončovací, finální) dutina je opatřena okolo obrysu tvaru výkovku ještě výronkovou drážkou. Její průřez pro zvolený kovací stroj je znázorněn na obrázku. Zúžená část se nazývá můstkem, rozšířená zásobníkem. Funkce výronku je dvojí. Jednak pojmutí přebytečného materiálu, neboť materiál musí dokonale vyplnit dutinu a jednak ovlivnění toku materiálu uvnitř zápustky. Výronek se dodatečně odstraňuje ostřihováním.


Výronková drážka (vlevo) v zápustce (a – buchar, b – lis) a tok materiálu ve výronkové drážce (vpravo)

  Konečné úpravy výkovků jsou tedy odstřižení výronku, popř. prostřižení blan v otvorech, rovnání výkovku, výkovek se zbavuje okují (moření, otryskávání), tepelně zpracovává (normalizační žíhání) nebo za studena kalibruje.


Úprava výkovků

  Nejprve se pro žádaný tvar určí dělící rovina. Ve slévárenství jsme s výhodou volili jako dělící rovinu jednu z hlavních rovin odlitku.

  V kovárenství naopak volíme dělící rovinu středem nejhmotnější části výkovku. Ke zvolené dělící rovině aplikujeme úkosy tvarů. Velikost úkosů pro zápustkové výkovky kované na bucharech je 5 až 8o a při kování na lisech asi 3o. Velikost úkosu je ovlivněna hloubkou dutiny, možností použití vyhazovačů, apod. Otvory v zápustkovém výkovku se nikdy nekovou. Do průměru asi 40 mm se vynechávají, od uvedené hodnoty výše se naznačují. Otvor se následně vyrobí třískovým opracováním. Úkosy vnitřních otvorů se dělají větší, než úkosy stěn. Pro správné stanovení technologického postupu je potřeba znát výkres výkovku, hmotnost součásti (pro stanovení kovacích časů), zvolit ideální předkovek (aby nedocházelo k  rozstříknutí materiálu, musí mít předkovek co neideálnější tvar ke konečnému výrobku), navrhnout zápustku, druh, velikost stroje a chemické složení materiálu (pro stanovení kovacích teplot).

  Zápustky se zhotovují z ocelí, které mají zvýšenou odolnost proti otěru a pracovním teplotám a jsou zušlechtěny.

3.4. Speciální způsoby kování

3.4.1. Přesné kování

Výkovky s minimálními přídavky na obrábění i úkosy se zhotovují v uzavřených zápustkách, tzv. přesným kováním. Pro úspěšné kování je třeba přesně dodržovat objem a středění vloženého materiálu do zápustky. Nejvýhodnější jsou rotační tvary.


Přesné kování

3.4.2. Kování na vodorovných kovacích strojích

  Kování na vodorovných kovacích strojích umožňuje částečnou nebo i úplnou automatizaci výrobního procesu. Jedná se v podstatě o horizontální klikové lisy vhodné hlavně pro pěchování z tyčového materiálu a práci s uzavřenými zápustkami. Princip práce je naznačen na obrázku. Zápustka je třídílná, uzavřená, kove se bez výronku. Dutinová část zápustky je dvoudílná, dělená svislou nebo vodorovnou dělící rovinou, opatřená zdrsněným průchodem pro tyčový materiál. Po přiblížení obou polovin působí jako sklíčidlo tyčového materiálu. Třetí, pěchovací díl se do dutiny osově zasouvá. Stroj pracuje tak, že se tyč posune do kovací polohy, na zarážku. Tím je přesně určen objem kovaného materiálu. Potom dvoudílný blok tyč sevře a zarážka se odsune. V této fázi se vyčnívající konec tyče ohřívá, dnes nejčastěji indukčně. Po zpěchování ohřátého konce tyče oddělí posuvný nůž výkovek od tyče a pracovní cyklus se může opakovat.


Kování na vodorovných kovacích strojích

3.4.3. Kování protlačováním

Dalším technologickým procesem je kování - protlačování za tepla, kdy tvářený materiál je v uzavřené zápustce stlačován průtlačníkem. Je to vlastně kombinace protlačování a kování. Tento způsob se používá pro slitiny hliníku a mědi, ale i pro ocel. Zvyšuje se tvárnost kovu, protože materiál je vystaven prostorové tlakové napjatosti. Může být řešeno jako dopředné, zpětné nebo sdružené. Je zde velký vliv tření a je potřeba brát v úvahu vysokou pevnost nástrojů a teplotní odolnost nástrojů.


Kování protlačováním za tepla

3.4.4. Kování za rotace

  Zvláštním případem kování je tzv. kování za rotace. Dochází při něm k redukci průřezu na menší průměr nebo k vykování válcové části na hranatém profilu. Na rozdíl od ostatních procesů kování se kování za rotace provádí za studena. Součásti větších průměrů (nad) se kovou za tepla. Mezi kování je řadíme hlavně proto, že deformace nastává opakovanými údery. Princip stroje je na obrázku. Dvě kovadla s možností posuvu v radiálním směru se roztočí. Odstředivou silou jsou unášena směrem k obvodu, kde však narážejí na kalené válce, které jim udělují zpětný impuls. Tím vzniká opakovaný ráz. Polotovar se pomalu otáčí a osově posunuje do procesu tváření. Příklady rotačního kování a metody rotace jsou ukázány na obrázcích.


Princip kování za rotace

3.4.5. Vícecestné kování

  Posledním speciálním způsobem kování je kování vícecestné. Materiál je v uzavřené zápustce podroben tlaku lisovníků z několika stran. Výkovky jsou přesné s minimálními přídavky na obrábění.


Vícecestné kování

.: Jdi na začátek stránky :.