Seite 1. Képlékenyalakítás 12. előadás. Képlékenyalakítás. Kovácsolás. A kovácsolás jellemzői. Kovácsolás, süllyesztékes alakító eljárások

Átírás

1 12. előadás Kovácsolás, süllyesztékes alakító eljárások Prof. Dr. Tisza Miklós 1 Kovácsolás A kovácsolás olyan» hideg-, vagy» meleg térfogatalakító eljárás, amelyet» szabadon (az alak határolása nélkül), vagy» az alakot határoló üregben (süllyesztékben) végzünk amelynek célja» a munkadarab előírt alakjának, méreteinek megvalósítása mellett» a munkadarab szilárdsági tulajdonságainak egyidejű biztosítása is. 2 A kovácsolás jellemzői A kovácsolás jellemzően kohászati» többnyire melegalakító technológia Ugyanakkor a kovácsolt gépalkatrészeket jellemzően géptervezők, gépészmérnökök tervezik a kovácsolt gépalkatrészeket jellemzően a gépipar alkalmazza Ezért fontos, hogy a leendő gépészmérnökök is rendelkezzenek megfelelő mélységű kovácstechnológiai ismeretekkel 3 Seite 1

2 Szabadalakító kovácsolás A szabadalakító kovácsolás széles mérethatárok között» akár egyedi darabok,» akár nagyobb mennyiségű alkatrész gyártására alkalmas. A technológiai módszer megválasztását Nevezetesen azt, hogy» szabadalakítással, vagy» süllyesztékes kovácsolással, esetleg más módszerrel célszerű előállítani az adott alkatrészt alapvetően a gyártási költségek határozzák meg. 4 Gyártási költség - sorozatnagyság A gyártási és egyéb költségeket döntően a kovácsdarabok sorozatnagysága határozza meg. Gazdaságossági számításokkal állapítható meg az a sorozatnagyság (darabszám) amely alatt a szabadon alakító kovácsolás, illetve ami fölött a süllyesztékes kovácsolás az alkalmazandó eljárás 5 Költségtényezők Szabadalakító kovácsolásnál mindig nagyobb forgácsolási hozzáadással kell dolgozni, ezért» mind az anyagköltségek,» mind pedig a forgácsolási költségek nagyobbak Süllyesztékes alakításnál alapvetően a süllyeszték szerszám költségeit kell figyelembe venni. nagyobb sorozatok esetén a szerszámköltség egyre kisebb hányadot képvisel» a süllyesztékes kovácsolás egyértelműen tömeggyártási módszer Ugyanakkor számításba kell még venni» a melegítéssel,» a gépműködtetéssel,»az élőmunka ráfordítással kapcsolatos költségeket is. 6 Seite 2

3 A szabadalakító kovácsolás alapműveletei A kovácsolási alapműveletek nyújtás, szélesítés, duzzasztás, hajlítás csavarás, áttolás, lyukasztás, vágás vállazás, valamint a kovácshegesztés. Azt, hogy melyik műveletet választjuk az adott kovácsdarab előállításához, a kovácsdarab alakja és a minőségi követelmények határozzák meg. A kovács darabok többsége nyújtással és szélesítéssel elkészíthető, de gyakran alkalmazzák a duzzasztást is (ezeket a műveleteket a kovácsdarab minőségének javítására is használják), míg a többi alapműveletet a kovácsdarab alakja miatt, annak formázására alkalmazzák. 7 Nyújtás A nyújtás a legalapvetőbb kovácsolási művelet. Kalapácson vagy hidraulikus sajtón nyújtóbetétekkel végzik.» A nyújtóbetét általában lapos, téglalap nyomófelületű szerszám.» A nyújtóbetét éleit a begyűrődések elkerülése és a jobb nyújtóhatás érdekében mintegy mm sugárral lekerekítik.» Az ilyen betét egyetlen hátránya, hogy a nyújtott felület hullámos lesz, amit utólagos simító művelettel kell kiküszöbölni. Nyújtás közben csökken a darab magassága, növekszik a szélessége és a hosszúsága. 8 Duzzasztás Duzzasztást rendszerint akkor végeznek, ha növelni kell az átkovácsolás mértékét, vagy kis keresztmetszetű kiinduló anyagból nagyobb keresztmetszetű kész darabot kell kovácsolni, valamint gyűrűk, korongok, tárcsák lyukasztásához előkészítő műveletként. A duzzasztást általában sík lapok között végzik, mégpedig úgy, hogy a kovácsdarab (kovácstuskó) felfekvő felületénél nagyobb legyen az alakító gép (hidraulikus sajtó vagy kalapács) nyomólapja. ha az alakító berendezés mérete nem teszi lehetővé a darab teljes keresztmetszetének egyidejű duzzasztását, akkor a műveletet részletekben, pl. nyújtóbetéttel is el lehet végezni. 9 Seite 3

4 A duzzasztás jellemzői Duzzasztáskor a darab magassága csökken, miközben szélessége (átmérője) növekszik. Tipikus duzzasztott forma a hordó alak. Ha a duzzasztást túl nagy alakítási sebességgel végzik (pl. kalapácson), előfordulhat homorú alak is. A hordósodás oka a szerszám és a darab között fellépő súrlódás A duzzasztott keresztmetszetben három zónát különböztethetünk meg: az I zónában a súrlódás miatt alig mozdul el az anyag, a fő alakváltozás a II zónában van, míg a III zónában kismértékű, de egyenletes alakváltozással lehet számolni. 10 Az átkovácsolási szám Az átkovácsolási szám alatt az alakítás előtti és az alakítás utáni keresztmetszetek hányadosát értjük. Az átkovácsolási szám értelmezés szerint 1-nél nagyobb, és az alábbiak szerint számítjuk nyújtóalakításnál A0 kny = A 1 Duzzasztásnál A1 kny = A 0 Az egymást követő alakítási műveletek eredő átkovácsolási számát a rész átkovácsolási számok szorzataként értelmezzük k e = k 1 k 2 k 3 k n 11 Az átkovácsolás hatása mdb tulajdonságaira Az átkovácsolás következményeként az öntési szövet elroncsolódik, az anyagban lévő salak- és oxidzárványok, valamint a dúsulások az alakváltozás irányának megfelelően sorokba rendeződnek.» A soros szövet miatt az eredetileg minden irányban azonos mechanikai tulajdonságokban anizotrópiát tapasztalunk. a mechanikai tulajdonságok a szálak irányában rendszerint kedvezőbbek, mint keresztirányban. a szálas szövet kialakulása elsősorban az acél képlékenységét jellemző mérőszámokra (kontrakció, nyúlás, fajlagos ütőmunka) van hatással. a szakítószilárdság és a folyáshatár kevésbé függ a szálasodástól 12 Seite 4

5 A tulajdonságok változása az átkovácsolási szám függvényében 13 Lyukasztás A lyukasztást lyukasztó tüskével végzik végezhetik»egy vagy» két oldalról a lyukasztó tüske lehet» tömör vagy» üreges. Egyoldali lyukasztást vékonyabb darabokon végeznek. Ilyenkor a darabot alátétgyűrűre helyezik, s a lyukasztó tüskét átnyomják rajta A vastagabb darabokat két oldalról lyukasztják» A lyukasztó tüskét először egyik oldalról benyomják (előlyukasztás)»az előlyukasztás után a darabot 180 -kal átfordítják, majd a lyukat átszakítják 14 A lyukasztás alapesetei Egyoldalas lyukasztás Kétoldalas lyukasztás 15 Seite 5

6 Magas darabok lyukasztása üreges tüskével A magas darabokat (kb mm felett) és az ötvözött anyagokat üreges lyukasztó tüskével lyukasztják. Ilyenkor kisebb a lyukasztó erő, továbbá a belső, esetleg hibás anyagrész kiesik. A lyukasztást általában többrészes tüskével végzik az alakító gép korlátozott lökete, illetve a hosszú tüske kihajlása miatt. Az utolsó lyukasztási fázis előtt alátétgyűrűre helyezik a munkadarabot, s így fejezik be a lyukasztást 16 Vágás és leszabás Vágással darabolják le a kovácsdarab kialakításához szükséges anyagmennyiséget, vagy ezzel távolítják el az anyagfelesleget. A vágás lehet egy- vagy több oldali. Egyoldali vágáskor a vágóvassal végzik a vágás első fázisát, majd második lépésként» vagy megfordítják a darabot, és a négyzetes szakítóvasat a vágás fölé helyezik,» vagy megemelik a darabot, a szakítóvasat pedig alá helyezik, és így fejezik be a vágást. 17 Kétoldali vágás A kétoldali vágásnál csak a vágóvasat használják, a vágást átfordítás után fejezik be. Nagy darabokat négy oldalról vágnak be, a középen megmaradó közdarabot a vágás végén távolítják el. Elsősorban nagy darabok vágásánál fordul elő, hogy a vágás helyét bejelölő vassal körbejelölik. 18 Seite 6

7 A vállazás éles vagy nagyobb mértékű átmenetek kialakításának segédművelete. Egyszerű nyújtással nem lehet éles átmenetet biztosítani, mert az ütések helye mellett az anyag behúzódik, ráadásul az ütéseket nem is lehet mindig ugyanarra a helyre mérni. Így az átmenet lépcsős lenne. Éles, merőleges oldalú átmenetek kialakításához az átmenet helyén bemetszést kell végezni. Először jelölővassal meg kell jelölni az átmenet helyét. Ezt a műveletet nevezzük betörésnek. Ezután a megjelölt helyen a kívánt mélységig bevágunk, ez a vállazás vagy nyakazás. Vállazás 19 Vállazás módjai A vállazás történhet egy, két és több oldalról. Az egyoldali vállazásnál a betörés után elvégzik a vállazást, majd a nyújtás következik. A két- és több oldali vállazást hasonló módon végzik, a vállazást követő nyújtást a kovácsdarab alakja határozza meg. A vállazó szerszámok ("vállazó vasak") alakja különböző lehet, használatukat a kovácsdarab vagy az átmenet alakja határozza meg 20 Áttolás Az áttolás olyan alakító művelet, amely egyrészt az anyagtakarékosságot, másrészt pedig a kedvezőbb szálelrendeződést segíti elő Főleg forgattyús tengelyek gyártásánál alkalmazzuk a két szomszédos rész tengelyvonalának egymáshoz képesti eltolásához Az áttolást hidraulikus sajtón végzik, mert ezeknek a berendezéseknek az alsó nyomóasztala vízszintesen eltolható. A bevállazott kovácsdarabot a bevágás mentén addig nyomják, míg az el nem tűnik. Áttolásnál nagy gondot kell fordítani a darab hőmérsékletére és egyenletes átmelegítésére (mintegy 880 C alatt nem szabad áttolást végezni), mert a művelet erős igénybevételt okoz. 21 Seite 7

8 Hajlítás Hajlított részt tartalmazó kovácsdarab alakításakor általában az utolsó művelet a hajlítás. A hajlítás általában a darabnak csak kis részére korlátozódik, és egy görbe vonal mentén történik. Hajlításkor a külső szálban húzó, a belső szálban nyomó igénybevétel ébred, a semleges szál az, amelyik feszültségmentes. Az igénybevételnek megfelelően a hajlított rész külső rétegei megnyúlnak, a belsők megrövidülnek, így maga a hajlított szelvény alakja is torzul például: a kör keresztmetszetből torz ellipszis, a négyszögből trapéz lesz. A hajlított keresztmetszetben bekövetkezett változást a hajlítás után egyengetéssel, simítással meg kell szüntetni. 22 Hajlítási példák 23 Csavarás Csavaráskor a kovácsdarab egy részét a többihez képest meghatározott szöggel elfordítjuk. A munkamenet a kovácsdarabot először egy síkban kovácsolják, majd - általában a műveleti sorrend végén - elvégzik a csavarást. A csavarás szerszámai a fordítóvas, a villásfogó és a támasztóbak. A csavarás még a hajlításnál is jobban igénybe veszi az anyagot, ezért igen fontos a darab megfelelő és homogén hőmérséklete, valamint a csavarásra kerülő rész gondos előkovácsolása. A csavarási szög felső határa is korlátozott. 24 Seite 8

9 Forgattyús tengely kovácsolása csavarással Példaként tekintsünk egy forgattyús tengelyt. A tengely három forgattyújának eredetileg 120 -os szöget kell bezárni egymással.» a darabot először egy síkban lekovácsolják,» majd a II jelű tömbhöz képest a másik kettőt kal elcsavarják.» A csavaráshoz szükséges erőt a kovácsüzemekben mindig rendelkezésre álló daru biztosítja. 25 Kovácshegesztés Elsősorban gazdaságossági kérdés, hogy a bonyolult alakú kovácsdarabot részekre bontva kovácsolják, majd azokat kovácshegesztéssel egyesítik. A hegesztés hőmérséklete - az acél összetételétől függően C körül van. Általában a kis karbon-tartalmú acélok (0,15% C-tartalomig) jól hegeszthetők, efölött azonban már korlátozott a hegeszthetőség. A jó kötés feltétele a revementes érintkezés. Ezt a célt szolgálják a különböző hegesztőporok (borax, vörösvérlúgsó, szalmiák, hamuzsír, kvarchomok). A hegesztőporok a revével könnyen olvadó hígfolyós salakot képeznek, ami megóvja a felületet a további oxidációtól. A kovácshegesztéskor az alakító erõ hatására a hígfolyós salak kifreccsen a hegesztendő felületek közül, azonban ügyelni kell a salakbezáródás veszélyére. 26 A kovácsolás hőmérséklet tartománya Az öntött tuskók szövete általában laza kristályos szerkezetű, ami miatt nem szabad az ilyen darabokat nagyon melegen kovácsolni. A törekvés az, hogy a kovácsolás kezdő hőmérséklete a lehető legnagyobb legyen, ennek korlátot szab több tényező a fokozott revésedés, a dekarbonizálódás, a durvakristályosodás veszélye, az erőteljesebb nyújtási textúra kialakulása, az éleken jelentkező repedésveszély stb. 27 Seite 9

10 A kovácsolás hőmérséklet tartománya A kovácsolás gyakorlatában használatos acélok kovácsolási hőmérséklet-tartománya nagyjából a 850 C és 1200 C közötti sávban helyezkedik el. A kiinduló hőmérsékletet - a fentiek figyelembe vételével - a lehető legnagyobbra kell választani, a befejező hőmérsékletet pedig - hogy a darabok hőtartalmát a lehető legjobban kihasználhassuk, és hogy kedvező mechanikai tulajdonságokat tudjunk elérni - az alsó határ közelében kell megállapítani (átlépni természetesen nem szabad). Általános szempont, hogy a kovácsolás befejező hőmérséklete a GOS vonal felett legyen. 28 A kovácsolás hőmérséklet tartománya 29 A szabadalakító kovácsolás művelettervezése A kovácsolási technológia tervezésekor sok, néha egymásnak ellentmondó követelménynek kell megfelelni. Az egyik ilyen tényező a helyes szálelrendeződés megvalósítása, mert ilyenkor kedvezőbbek a kész darab szilárdsági tulajdonságai. Minél nagyobb méretű viszont a darab, annál nehezebben lehet megszakítás nélküli szálelrendeződést biztosítani. Ilyenkor gyakran több részből kovácsolják a darabot, és a különálló részeket utólag egyesítik (pl. kovácshegesztéssel vagy más módszerrel). Így ráadásul kisebb a selejt veszélye is, mert ha az egyik rész hibás, nem kell az egész kovácsdarabot kiselejtezni A több részből végzett kovácsolásnak az is előnye, hogy a munkadarab minden egyes részét egyforma mértékben lehet átkovácsolni 30 Seite 10

11 A szabadon alakító kovácsolás művelettervének lépései 1. a kovácsdarab rajzának elkészítése 2. a kiinduló darab tömegének és méreteinek meghatározása 3. a műveleti sorrendterv és a szükséges szerszámok megválasztása 4. az átkovácsolás mértékének meghatározása 5. a szükséges alakító berendezés(ek) kiválasztása 6. a kemence típusának meghatározása, 7. a melegítési és hűtési technológia megválasztása, 8. a szállító és emelő berendezések kiválasztása 9. a munkaerő (létszám) meghatározása. 31 Süllyesztékes alakítás Süllyesztékes alakításnál a munkadarab negatívját munkálják a szerszámba A szerszámüreg kialakításánál figyelembe kell venni» a munkadarab és» a szerszám hőtágulását is. A szerszám készülhet egy, vagy több részből Kivitelét tekintve lehet nyitott, vagy zárt süllyeszték 32 Nyitott süllyesztékes alakítás A süllyesztékben a munkadarabot sorja övezi az osztósík mentén A sorja fékezi az anyag kiáramlását a süllyesztékből,» ezáltal elősegíti a jó üregtöltést» nem igényel térfogatpontos adagolást A sorjacsatorna lehet» nyitott a süllyesztékfelek az alakítás végén sem zárnak össze teljesen jellemzően a mechanikus kovácssajtókon ezt alkalmazzuk»zárt a süllyesztékfelek az alakítás végén összezárnak az osztási felületek összeérnek (összecseng) kalapácsok, csavarsajtók jellemzője 33 Seite 11

12 Süllyesztékes kovácsdarab tervezése A tervezés alapja az alkatrész szerkezetben betöltött szerepe, amelyet össze kell hangolni a kovácsolás technológiai szempontjaival, valamint Az azt követő megmunkálásokkal is Bonyolultabb darab süllyesztékes alakítása csak több lépésben végezhető Ehhez alkalmas előalakító eljárással kell kiinduló darabot készíteni, amely lehet» Szabadalakító kovácsolás» Süllyesztékes előalakítás egyszerűbb (de alakközelítő) üregben 34 A süllyeszték osztás megválasztásának szempontjai A jó üregtöltés = kis gyártási selejt Jelentős mértékben» az osztás helyes megválasztásán és» a sorjacsatorna megfelelő kialakításán múlik Az osztás helyes megválasztásának alapvető feltétele A kész mdb a süllyesztékből könnyen eltávolítható legyen» Ezért az osztósík felé minden üregrésznek tágulnia kell! 35 A süllyeszték osztás megválasztásának szempontjai 1. Az osztófelület lehetőleg sík legyen (Vannak a szabályt erősítő kivételek, amikor a nem sík osztófelület választása célszerű) 2. A munkadarab nagy sík felületei legyenek az osztással párhuzamosak 3. Az osztás ne kerüljön a darab élére 4. Az osztás olyan legyen, amely a legkedvezőbb szálfutást eredményezi 5. Az osztás a feltétlenül szükséges ferdeség hozzáadása szempontjából is a legkedvezőbb legyen 6. A nagyobb helyzetpontosságú felületeket az osztósíkban kell elhelyezni 7. Éles sarkokat kerülni kell a gyűrődés elkerülése érdekében 8. Az osztás a lehető legegyszerűbb sorjázó szerszámot igényelje 9. Süllyesztékes alakítással átmenő lyukat nem lehet készíteni 36 Seite 12

13 Az osztófelület lehetőleg sík legyen Szabályt erősítő kivétel, amikor a nem nem sík sík osztófelület választása célszerű 37 A munkadarab nagy sík felületei legyenek az osztással párhuzamosak 38 Az osztás ne kerüljön a darab élére 39 Seite 13

14 Az osztás olyan legyen, amely a legkedvezőbb szálfutást eredményezi 40 Az osztás a lehető legegyszerűbb sorjázó szerszámot igényelje 41 Átmenő lyukak nem készíthetők 42 Seite 14

15 A süllyesztékes kovácsdarab tervezésének lépései 1. az osztófelület megválasztása, 2. a darab tömegének meghatározása, 3. a forgácsolási és a technológiai hozzáadások meghatározása, 4. a fal- és bordaméretek meghatározása, 5. a fenékvastagság meghatározása, 6. az oldalferdeségek meghatározása, 7. a lekerekítési sugarak meghatározása, 8. a kovácsdarab tömegének meghatározása, 9. a kovácsolási tűrések megállapítása 43 Seite 15