Projekt "Podpora
výuky v cizích jazycích na SPŠT"
Tváření za tepla - kování
STTA4
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR
ZÁPUSTKOVÉ KOVÁNÍ
Kováním rozumíme objemové tváření za tepla, prováděné úderem nebo klidně působící silou. 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.
Obr.1 Kovací teploty v diagramu Fe – Fe3C [2]
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.
2
DIE FORGING
Forging is known as bulk forming in heat done by a hit or even by effecting force. It is an interrupted way and a pressing has got its required shape, convenient macrostructure, advantageous microstructure and improved mechanical and physical characters. It is appropriate to manufacture almost all kinds of metal by forging.
Pic.1 The forging temperatures in the diagram Fe – Fe3C [2]
Not only forging allows to produce shapes of demanding measurement but to improve the original mechanical characters and structure as well – forging has a big importance both for forming of products and for enhancing their mechanical qualities (the level of forging). The purpose of forging is to remove non-homogenous rough casting structures and metallurgical defects and ingots wchich decrease ductility and physical and mechanical values and qulaities of metal.
3
Základní operace kování •
Pěchování - stlačování kovu ve směru hlavní osy tváření viz obr.1 ⇒ zvětšuje se šířka na úkor výšky polotovaru
•
Prodlužování – deformace kovu stlačením ve směru kolmém k hlavní ose polotovaru viz obr.2
obr.2 Schéma deformace a prokování pro základní operace kování [1]
ROZDĚLENÍ KOVÁNÍ Kování dělíme: •
na volné, tj. na kovadlině nebo pomocí univerzálních kovacích podložek (materiál tvářený údery nebo tlakem teče volně hlavně ve směru kolmém k působení síly).
•
zápustkové, tj. ve tvarových dutinách (zápustkách) - materiál je vtlačován údery nebo tlakem do kovové, většinou dvoudílné zápustky.
Zápustkové kování Zápustkové kování slouží k výrobě velkého počtu tvarově stejných součástí z ocelí nebo jiných tvárných slitin viz obr.2. 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.
4
The basic operations of forging •
Tamping – the packing of metal in the directon of the main axle of forming, see pic. 1 ⇒ width is enlarged at the expense of the hight of workpiece
•
Prolongation – the deformation of metal by compacting in the perpendicular direction to the main axle of a workpiece, see pic. 2.
Pic. 2 The scheme of defomation and foring for the vasic oparetion of forging [1]
THE DIVISION OF FORGING
forging is divided into: •
free forging, it means on an anvil or by means of universal forging washers (the material formed by hits or pressure flows freely mainly at the perpendicular direction to the impact).
•
die forging, it is in forming hollows (die blocks) – material is pushed by hits or by pressure to metallic mostly a two-part die.
Die forging
Die forging serves to the production of a big number of the same parts of a shape made of steel or other formable alloys, see pic. 2. Warmed material is being formed in the hollow of a die whose shape is compatible with the shape of a forged piece. The measurements are encreased of the value of the contract of a cooled down workpiece. Here is achieved more accurate shape of forged piece to the contrary of free forging. 5
Princip metody zápustkového kování 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.
Nástroj: zápustka (většinou dvoudílný nástroj ⇒ horní část a dolní část zápustky) Horní část zápustky je upnuta k pohybujícímu se beranu bucharu nebo lisu, dolní část zápustky je upnuta na stole bucharu nebo lisu.
obr.3 Schéma postupu kování v jednodutinové otevřené zápustce [1]
Druhy zápustek: 1. otevřené 2. uzavřené 3. postupová
Otevřené Zápustky -
materiál, který je vložen do dutiny zápustky během kování vyplní dutinu a přebytečný materiál je vytlačován do tvarované mezery mezi horní a dolní zápustkou ( výronková drážka) viz obr.3,4,5. Tento přebytek se nazývá výronek, který se v následující operaci ostřihne. Výronek během kování klade odpor proti vytékání kovu ze zápustkové dutiny, což podporuje její dokonalé zaplňování a tlumí rázy při vzájemném dosednutí dílů zápustky.
6
The principle of the methods of die forging The process of die forging is carried out that the initial semi-final product heated to the needed forging temperature is put to the die hollow and pressure or hits of a forming machine affects it.
The tool : a die (mostly a two-part tool ⇒ the upper and lower part of a die) The upper part of a die is attached to the moving hammer ram or press, the lower part of a die is attached on the table of a hammer or a press.
Pic. 2. The scheme of the process of forging in a single open die [1]
The kind of a die: 1. open 2. close 3. advancement
Open dies - the material which is put to the hollow of a die during forging fills the hollow and the surplus material is forced out to a formed space between upper and lower die (an outpouring die), see pic 2,3,4. This surplus is called an outpour that is cut in the following operation. An outpour conteracts against outpouring metal from a die hollow during forging, which supports its perfect fulfilling and mutes impacts at mutual fitting of the parts of a die.
7
Obr.4 Schéma zaplňování dutiny Poznámka: Rozměry zápustkových výkovků se zvětšují o přídavky na opracování a technologické (úkosy bočních ploch do dělící roviny, zvětšení tlouštěk stěn žeber, apod.).
Obr. 5 Schéma výronkové drážky v zápustce (a – buchar, b – lis) [2] Uzavřená Zápustka - princip kování je stejný jako kování do otevřené zápustky, ale na rozdíl od otevřené nemá výronkovou drážku. Kov dokonale vyplňuje dutinu ⇒ výkovek bez výronku. Výhody: •
výkovek je kován na hotovo
Nevýhody: •
kování je technologicky náročnější, protože polotovar musí mít přesný objem jako dutina zápustky
•
zápustky jsou více namáhány, proto mají kratší životnost.
8
Pic. 4. The scheme of fulfilling of a hollow [2]
The note: The measurements of die forging pieces are encreasing of the addition on shaping and technological (skews of sides to a dividing plane, enlargement of the thickness of sip sides, etc.)
Pic 5. The scheme of an outpouring groove in a die (a – a hammer, b – a press) [2]
Close die - the principle of forging is the same as the forging to a open die, but unlike the open, it doesn´t have a groove. Metal fulfills a hollow perfectly ⇒ a forged piece without an outpour. Advantages: •
a forged piece is ready to forged
Disadvantages: •
forging is technologically more difficult because a semi-finished product must have accurate volume as the hollow of a die
•
dies are more strained therefore they have shorter lifespan.
9
Kování v Postupových Zápustkách 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.
Konstrukce Postupové Zápustky Postupová zápustka může být někdy konstruována pomocí výměnných tvarových vložek kruhového nebo obdélníkového tvaru ⇒ výrazná úspoře materiálu zápustky. 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 výyronkové 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 viz obr.6. 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.
Obr.6 Schéma postupové zápustky pro buchar (1 – prodlužovaní, 2 – rozdělovací, 3 – předkovací, 4 – kovací, 5 – dokončovací dutina, a – polotovar) [2]
10
Advancement dies The number of forging hollows depends on the shape of a forged piece and on the shape of the initial material as well at this kind of forging. It rarely happens that one hollow is enough for forging a forged piece. Each hollows are often put to the common block of steel – a tool, which is advantageous for work with a hammer. Carrying a forged piece form one hollow to the other takes too long, a forged piece doesn´t cool down fast. In the case of more difficult shapes, it is necessary to forge in more hollows which secure flowing of material in a die hollow. The construction of an advancement die An advancement die can sometimes be constructed by means of changable shapable insets of circular or rectangular shape ⇒ significant saving of the material of a die. There are no hollows put in order according to a technological procedure in an advancement die. Forging (finishing), it means the last hollow is put in the middle so that its center of gravity is near the center of gravity of whole block. For the purpose that the force (or energy) on forging of a forged piece is bigger than on forging of pre-forged pieces. One of the reasons is a forged piece si cooling down so it raises its strained strength and further, that a forged piece including a outpouring groove has got the largest surface. The other hollows are deployed around this finishing hollow. The operation of die forging is divided into, e.g. distribution, pre-forging, forging and cutting off a product , see pic. 6. This division is most usual but it is not the only one. It is possible to carry a forged piece and to put to hollows using pliers on the remains of the bar of the original material or using robots and manipulators during forging. A cut-off is used for separating of this remain, it is a sharp edge in the lower right corner. The cut off of a outpour is done in another tool. Pre-forging can be done frelly, in dies or on forging cylindres.
Pic. 6. The scheme of an advancement die for a drop hammer (1 – prolonging, 2 – distribution, 3 – pre-forging, 4 – forging, 5 finishing hollow, a – semifinished product) [2]
11
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. STROJE PRO ZÁPUSTKOVÉ KOVÁNÍ K zápustkovému kování se používají: A. buchary (kování úderem) B. lisy (kování klidným tlakem). Dutinu zápustky je možno zaplňovat buď vtlačováním nebo pěchováním - z čehož pěchování je lepší. Kování na bucharech Při kování na bucharech je zápustková dutina vyplňována postupně během několika úderů beranu. Při konstrukci zápustkových bloků je důležitou částí řešení způsob upnutí zápustky na kovací stroj (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 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 a konstrukce než na bucharech. Upínají se pomocí stopek, šroubů a příložek. Výkovky mohou mít menší úkosy ⇒ na lise je možno použít vyhazovačů, hlubší místa zápustkové dutiny se umisťují v dolní zápustce ⇒ částice kovu se při kování na lisech rychleji pohybují ve směru pohybu lisu a rychleji vyplňují dolní zápustky. Výkovky se často sdružují ve vícenásobných dutinách ⇒ po vykování výkovky drží spolu 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.
12
Forging (finishing, final) hollow is equipped by outpouring groove around the outline of the shape of a forged piece. Its cross-section for chosen forging machine is shown in the picture. The tapered part is called a bridge, widened is called a container. An outpour has got two functions. The first is to contain surplus material for material must perfectly fulfills a hollow and the second is to influence of the flow of material inside a die. An outpour is removed by cutting additionally.
MACHINES OF DIE FORGING
They are used for die forging:
A. drop hammers (forging by hits) B. presses (forging by still pressure)
A die hollow is possible to fill both by impressing or by temping – of whose temping is better.
Hammer forging A die hollow is filled gradually during a few hits of a ram at hammer forging. At the construction of die blocks, it is important part of solution the way of attaching a die on a forging machine (a drop hammer). Impact looses easily the attach of dies during forging. A die is contained by a dovetail with success and it is attached by a pen or a wedge for drop hammers.
Press forging
- it is usually understood forging on vertical crank presses appropriate for large series and simplier shapes of forged pieces. Dies have even different manner of attaching and the construction than on hammers. They are attached using shanks, nuts and plates. Forging pieces can have smaller bevels ⇒ it is possible to use an extractor on a press, deeper places of a die hollow are put in the lower die ⇒ the particles of metal moves faster at the direction of the move of a press and faster fill the lower dies at forging. Forged pieces are often formed in multiple hollows ⇒ after forging a forged piece, they hold at an outpour together so their separation carries out after cutting off of a forged piece. To forge is possible on friction presses. They usually produce rotational formed forged pieces forged in the vertical postion.
13
Pravidla, která platí v zásadě pro složitější výkovky v jedné dutině se nesnažíme deformovat kov v příčném i podélném směru současně rozdělení materiálu 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 KONEČNÉ ÚPRAVY VÝKOVKŮ Konečné úpravy výkovků jsou ( viz obr. 7): odstřižení výronku, popř. prostřižení blan v otvorech, rovnání výkovku, výkovek se zbavuje okují (moření, otryskávání),
tepelně zpracovává (normalizační žíhání) nebo za studena kalibruje.
obr.7 Schéma úpravy výkovků [1]
Literatura:
[1] Hluchý,M. a kol. : Strojírenská technologie 2, Polotovary a jejich technologičnost základy obrábění, SNTL,Praha 1979
[2]
WWW.ksp.tul.cz – výuka skripta
14
Rules which are valid for more difficult forged pieces in principle We are trying to deformate metal both in transverse and longitudinal direction at one moment in one hollow the division of material in longitudinal direction is done before transverse direction we designe the shape of pre-forged piece so that there will be the move of particles in transverse cuts and pre-forged piece has got rotational form
The finishing of forged pieces They are (see pic 7): cut off of an outpour, or cut off of membranes in holes straightening of an forged piece, scales (staining, blasting) are removed heat treatment (normalization) or it is cold calibrated )
Pic. 7. The scheme of finishing of forged pieces [1]
Literature:
[1] Hluchý,M. a kol. : Strojírenská technologie 2, Polotovary a jejich technologičnost základy obrábění, SNTL,Praha 1979
[2]
WWW.ksp.tul.cz – výuka skripta
15
16
