Vytvárajte populárnu vedu

Kovanie Vzťahuje sa na použitie kovacích strojov na vyvíjanie tlaku na kovový polotovar s cieľom podporiť plastickú deformáciu, aby sa dosiahli určité mechanické vlastnosti, špecifický tvar a veľkosť výkovku. Je to jedna z dvoch hlavných zložiek kovania (vrátane kovania a lisovania). Kovaním sa dajú eliminovať chyby, ako je tavenie kovu, a optimalizovať mikroštruktúra. Zároveň, pretože sa zachováva úplná prúdnica kovu, mechanické vlastnosti výkovku sú zvyčajne lepšie ako pri odlievaní rovnakého materiálu. V príslušných strojoch sa pre dôležité súčiastky s vysokým zaťažením a prísnymi pracovnými podmienkami, s výnimkou relatívne jednoduchých tvarov, ktoré možno použiť na valcované plechy, profily alebo zvárané súčiastky, používa väčšina výkovkov.

1. Deformačná teplota

Počiatočná teplota rekryštalizácie ocele je okolo 727 ℃, ale ako deliaca čiara sa všeobecne používa 800 ℃, vyššia ako 800 ℃ sa nazýva kovanie za tepla; medzi 300 a 800 ℃ sa nazýva kovanie za tepla alebo poloteplé kovanie, kovanie pri izbovej teplote sa nazýva kovanie za studena. Výkovky používané vo väčšine priemyselných odvetví sú kovanie za tepla a kovanie za tepla a kovanie za studena sa používa hlavne na kovanie automobilových, všeobecných strojárskych a iných dielov. Kovanie za tepla a kovanie za studena môžu efektívne šetriť materiál.

2. Kategória kováčstva

Ako už bolo spomenuté, podľa teploty kovania sa delí na teplé kovanie, kovanie za tepla a kovanie za studena. Podľa mechanizmu tvárnenia sa kovanie delí na voľné kovanie, kovanie v zápustke, kovanie brúsnym krúžkom a špeciálne kovanie.

1) Voľné kovanie

Vzťahuje sa na metódu spracovania s použitím jednoduchých univerzálnych nástrojov alebo priamym pôsobením vonkajšej sily na polotovar medzi hornou a dolnou nákovkou kovacieho zariadenia na deformáciu polotovaru a dosiahnutie požadovanej geometrie a vnútornej kvality výkovkov. Výkovky vyrobené metódou voľného kovania sa nazývajú voľné výkovky. Voľné kovanie je založené hlavne na výrobe výkovkov v malých dávkach, pričom sa pomocou kováčskeho kladiva, hydraulického lisu a iných kovacích zariadení tvaruje a spracováva polotovar a získavajú sa kvalifikované výkovky. Základný proces voľného kovania zahŕňa namáhanie, predlžovanie, dierovanie, rezanie, ohýbanie, krútenie, dislokáciu a kovanie. Voľné kovanie sa používa v režime kovania za tepla.

2) Kovanie do formy

Kovanie vo forme sa delí na otvorené kovanie a uzavreté kovanie. Kovový polotovar sa v kovacej komore stláča a deformuje do určitého tvaru, aby sa získali výkovky. Kovanie vo forme sa všeobecne používa na výrobu malých a veľkých sérií dielov. Kovanie vo forme možno rozdeliť na kovanie za tepla, kovanie za tepla a kovanie za studena. Kovanie za tepla a kovanie za studena predstavujú budúci smer vývoja kovania a predstavujú aj úroveň technológie kovania.

Podľa materiálových bodov možno kovanie v zápustke rozdeliť aj na kovanie v zápustke z čiernych kovov, kovanie v zápustke z neželezných kovov a tvárnenie práškových výrobkov. Ako už názov napovedá, materiály sú železné kovy, ako napríklad Uhlíková oceľl, neželezné kovy ako meď a hliník a materiály práškovej metalurgie.

Extrúzia by sa mala pripísať kovaniu do zápustky a možno ju rozdeliť na extrúziu ťažkých kovov a extrúziu ľahkých kovov.

Kovanie v uzavretej zápustke a kovanie s uzavretou hlavicou patria medzi dva pokročilé procesy kovania v zápustke. Vďaka absencii letmej hrany je miera využitia materiálu vysoká. Dokončovanie zložitých výkovkov sa môže vykonať v jednom alebo viacerých procesoch. Keďže chýba letmá hrana, zmenšuje sa plocha namáhania výkovku a znižuje sa aj požadované zaťaženie. Treba však poznamenať, že polotovar by nemal byť úplne obmedzený, preto by sa mal prísne kontrolovať objem polotovaru, relatívna poloha kovacej formy a rozmery výkovku a malo by sa snažiť znížiť opotrebenie kovacej formy.

3) Dosiahnuť kruh

Frézovanie prstencov sa vzťahuje na výrobu prstencových dielov rôznych priemerov pomocou špeciálneho zariadenia na frézovanie prstencov, ktoré sa používa aj na výrobu dielov kolies, ako sú kolesá automobilov a vlakov.

4) Špeciálne kovanie

Špeciálne kovanie zahŕňa valcovanie, klinové priečne valcovanie, radiálne kovanie, kovanie v tekutej zápustke a ďalšie metódy kovania. Tieto metódy sú vhodnejšie na výrobu niektorých špeciálnych tvarovaných dielov. Napríklad valcovanie sa môže použiť ako účinný proces predbežného tvárnenia na výrazné zníženie následného tvárniaceho tlaku; klinové priečne valcovanie môže produkovať oceľové gule, hnací hriadeľ a radiálne kovanie môže produkovať veľké výkovky, ako sú hlavne zbraní a stupňovité hriadele.

5) Kovacia forma

Podľa spôsobu pohybu kovacej formy možno kovanie rozdeliť na valcovanie s otočným valcovaním, rotačné kovanie s otočným valcovaním, valcovanie s priečnym valcovaním klinov, valcovanie v tvare prstenca a šikmé valcovanie. Valcovanie s otočným valcovaním, rotačné kovanie s otočným valcovaním a valcovanie v tvare prstenca sa môže tiež spracovať jemným kovaním. Na zlepšenie miery využitia materiálu sa ako prvý proces spracovania štíhlych materiálov môže použiť valcovanie s otočným valcovaním a priečne valcovanie. Rotačné kovanie má podobne ako voľné kovanie výhodu v tom, že v porovnaní s veľkosťou výkovku sa dá tvarovať s malou kovacou silou. Spôsob kovania, ktorý zahŕňa voľné kovanie, spracováva materiál z povrchu formy na voľný povrch, preto je ťažké zabezpečiť presnosť, preto smer pohybu formy a rotačný proces kovania s počítačovým riadením umožňujú použiť nízku kovaciu silu na zložité tvary a vysoko presné výrobky, ako sú výrobné odrody a veľké rozmery výkovkov lopatiek parných turbín.

Pohyb formy kovacieho zariadenia nie je v súlade so stupňom voľnosti. Podľa charakteristík obmedzenia deformácie v mŕtvom bode možno kovacie zariadenia rozdeliť do nasledujúcich štyroch typov:

Obmedzujúca forma kovacej sily: tlak oleja priamo poháňa posuvný olejový lis.

Režim kvázi-zdvihového obmedzenia: olejový lis poháňa olejový lis kľukového mechanizmu.

Obmedzenie zdvihu: mechanický lis poháňajúci sane kľukou, ojnicou a klinovým mechanizmom.

Režim obmedzenia energie: pomocou skrutkového mechanizmu špirálového a trecieho lisu.

Na dosiahnutie vysokej presnosti je potrebné dbať na to, aby sa predišlo preťaženiu v dolnom mŕtvom bode a aby sa regulovala rýchlosť a poloha nástroja. Tieto faktory totiž ovplyvňujú toleranciu kovania, presnosť tvaru a životnosť nástroja. Okrem toho, aby sa zachovala presnosť, je potrebné dbať aj na nastavenie vôle vodiacej lišty posuvníka, zabezpečenie tuhosti, nastavenie mŕtveho bodu, použitie zariadenia na prenos dotácií a ďalšie opatrenia.

Existujú aj vertikálne a horizontálne pohyby šmýkadiel (pre kovanie štíhlych dielov, mazanie a chladenie a vysokorýchlostnú výrobu výkovkov), pričom kompenzačné zariadenie môže zvýšiť pohyb v iných smeroch. Vyššie uvedené metódy sa líšia, požadovaná kovacia sila, proces, využitie materiálu, výťažnosť, tolerancia veľkosti a metódy mazania a chladenia sa líšia a tieto faktory ovplyvňujú aj úroveň automatizácie.

3. Kované materiály

Kované materiály sú prevažne uhlíková oceľ a legovaná oceľ rôznych zložiek, nasledované hliníkom, horčíkom, meďou, titánom a ich zliatinami. Pôvodný stav materiálu je tyčový materiál, ingot, kovový prášok a tekutý kov. Pomer plochy prierezu kovu pred deformáciou k ploche prierezu po deformácii sa nazýva kovací pomer. Správna voľba kovacieho pomeru, primeraná teplota ohrevu a čas izolácie, primeraná počiatočná teplota kovania a konečná teplota kovania, primeraná deformácia a rýchlosť deformácie majú veľký vplyv na zlepšenie kvality výrobku a zníženie nákladov.

Malé a stredné výkovky sa vo všeobecnosti vyrábajú z okrúhlych alebo štvorcových tyčí ako predvalkov. Organizácia zŕn a mechanické vlastnosti tyčového materiálu sú rovnomerné, dobré, presné tvary a rozmery, dobrá kvalita povrchu, ľahko sa organizuje hromadná výroba. Pokiaľ sú teploty ohrevu a podmienky deformácie primerane kontrolované, výkovky s vynikajúcim výkonom sa dajú kovať bez veľkej deformácie.

Ingot iba pre veľké výkovky. Ingot je odlievané tkanivo s väčšími stĺpcovými kryštálmi a sypkým stredom. Preto je potrebné rozbiť valcové kryštály na jemné zrná a sypko zhutniť, aby sa dosiahla jemná kovová organizácia a mechanické vlastnosti.

Prefabrikované polotovary vyrobené práškovou metalurgiou lisované a vypaľované sa dajú kovať bez použitia zápustky v horúcom stave. Kovací prášok má hustotu blízku bežnému zápustkovému výkovku, s dobrými mechanickými vlastnosťami a vysokou presnosťou, čo môže znížiť následné obrábanie. Práškové výkovky sú dobre usporiadané bez segregácie a možno ich použiť na výrobu obrobkov, ako sú malé ozubené kolesá. Cena prášku je však oveľa vyššia ako cena bežnej tyče a jeho použitie vo výrobe je do istej miery obmedzené.

Statický tlak sa aplikuje na tekutý kov naliaty do komory formy, aby stuhol, kryštalizoval, vytiekol, plasticky deformoval a tvárnil pod tlakom, čím sa dosiahne požadovaný tvar a vlastnosti. Kovanie v tekutom kovu je metóda tvárnenia medzi tlakovým odlievaním a tlakovým kovaním. Je obzvlášť vhodné pre zložité tenkostenné diely, ktoré sa ťažko tvarujú všeobecným tlakovým kovaním.

Kované materiály okrem bežných materiálov, ako sú rôzne komponenty z uhlíkovej ocele a legovanej ocele, nasledujú hliník, horčík, meď, titán a jeho zliatiny, vysokoteplotné zliatiny na báze železa, vysokoteplotné zliatiny na báze niklu a vysokoteplotné zliatiny na báze kobaltu, sa deformujú kovaním alebo valcovaním, pretože tieto zliatiny majú relatívne úzku plastickú plochu, takže kovanie je relatívne náročné. Rôzne materiály majú prísne požiadavky na teplotu ohrevu, teplotu kovania a konečnú teplotu kovania.

4. Priebeh procesu

Rôzne metódy kovania majú rôzne procesy, medzi ktorými je technologický proces kovania za tepla najdlhší. Všeobecné poradie je: podávanie výkovkov; ohrev výkovku; príprava výkovku valcovaním; kovanie za zápustky; rezná hrana; dierovanie; korekcia; medzikontrola, kontrola veľkosti a povrchových chýb výkovkov; tepelné spracovanie výkovkov na odstránenie kovacieho napätia a zlepšenie rezného výkonu kovu; čistenie, najmä na odstránenie povrchovej oxidačnej vrstvy; korekcia; kontrola. Výkovky sa vo všeobecnosti musia podrobiť kontrole vzhľadu a tvrdosti a dôležité výkovky sa musia testovať analýzou chemického zloženia, mechanickými vlastnosťami, zvyškovým napätím a nedeštruktívnym testovaním.

5. Vlastnosti výkovkov

V porovnaní s odliatkami môže kov zlepšiť svoju štruktúru a mechanické vlastnosti. Po tepelnom spracovaní kovaním sa odlievacie tkanivo deformuje v dôsledku deformácie kovu a rekryštalizácie, čím sa pôvodné hrubé dendritické a stĺpcovité zrno mení na jemné zrno s rovnomernou veľkosťou a axiálnou rekryštalizačnou organizáciou, čím sa pôvodná segregácia uvoľňuje, vytvára póry, troska sa zhutňuje a zvára, čím sa organizácia stáva pevnejšou, čím sa zlepšuje plasticita a mechanické vlastnosti kovu.
Mechanické vlastnosti odliatkov sú nižšie ako u výkovkov z rovnakého materiálu. Okrem toho, kovanie môže zabezpečiť kontinuitu organizácie kovových vlákien, takže organizácia vlákien výkovku a tvar výkovku, ako aj dokonalé prúdenie kovu, môžu zabezpečiť, že diely majú dobré mechanické vlastnosti a dlhú životnosť. Výkovky vyrobené presným kovaním za studena, extrúziou za studena, teplotnou extrúziou a inými procesmi sú neporovnateľné s odliatkami.
Výkovok je predmet, v ktorom je kov vystavený tlaku, aby sa vytvoril požadovaný tvar alebo aby sa vytvorila vhodná kompresná sila. Táto sila sa zvyčajne dosahuje pomocou kladiva alebo tlaku. Proces kovania vytvára jemnú štruktúru častíc a zlepšuje fyzikálne vlastnosti kovu. Pri skutočnom použití dielov správna konštrukcia spôsobuje, že častice prúdia v smere hlavného tlaku. Odliatok je kovový predmet získaný rôznymi metódami odlievania, a to tavením tekutého kovu, liatím, lisovaním, saním alebo inými metódami odlievania do pripraveného odliatku, ochladením po pieskovaní, čistením a následnou úpravou, pričom predmet má určitý tvar, veľkosť a výkon.