2. KOVANjE2.1. Definicija, vrste, opte karakteristike

Kovanje je potupak plastine deformacije metala izmeu dva meobno pokretna dela alata, pri emu se materijal izlae pritisnim i zateznim naponima, i to impulsnim (udarnim) putem. Kovanje je jedna od najstarijih obrada metala a izvodi se na toplo, hladno i polutoplo. Prema vrsti alata (pribora) dele se na: slobodno kovanje, kovanje u kalupu. Slobodno kovanje je obrada pomou univerzalnih alata ija je osnovna karakteristika da ne moraju imati oblik koji odgovara obliku obratka. Oblikovanje se najee obavlja uz upotrebu veeg broja udaraca. Ako je komad koji se kuje manjih dimenzija, njegovo pridravanje i manipulisanje izvodi radnik pomou odgovarajueg runog alata, dok se kod veih komada manipulacija izvodi pomou specijalnih manipulatora. Tanost dimenzija obratka dobijenog slobodnim kovanjem znatno je manja nego tanost koja se postie kovanjem u kalupu. Zbog ovakvih karakteristika slobodno kovanje se najee primenjuje u maloserijskoj i pojedinanoj proizvodnji, i to preteno kao pripremna operacija. Kovanje je veoma znaajna grana metalne industrije. Otkovci se koriste u mnogim oblastima tehnike, poev od jednostavnih elemenata za spajanje (vijaka) do veoma kompleksnih delova automobila, aviona i dr. Raznolikost delova koji se dobijaju kovanjem moe se ilustrovati podatkom da je, prema proceni strunjaka, u svetu vie od 600 000 razliitih alata za kovanje. Teina otkovaka koji se mogu dobiti kovanjem kree se od 1 grama do preko 1 tone. Intenzivan razvoj auto-industrije dao je nove impulse tehnologiji kovanja. S obzirom da je obrada iznad temperature rekristalizacije, mogua je obrada skoro svih vrsta materijala. Tanost i kvalitet povrina su na relativno niskom nivou pa se aktivne funkcionalne povrine otkovka moraju naknadno obraivati skidanjem strugotine. Za razliku od toga, mehanike osobine otkovaka su veoma dobre pa se odgovorni delovi, kao to su, na primer, klipnjae motora, poluosovine vozila i dr., skoro iskljuivo izrauju kovanjem.

2.2 . Konstrukcija otkovkaOtkovak ima razliite dimenzije i oblik od zavrnog oblika dela. Po pravilu, zavrni oblik se dobija naknadnom obradom otkovaka skidanjem strugotine. Na osnovu crtea zavrnog oblika dela konstruie se otkovak iz koga e se taj deo dobiti. Glavni elementi konstrukcije otkovka: podeona raven, kovaki nagibi, radijusi, minimalne debljine kovanja, dodatak za obradu i tolerancije izrade otkovka. Na sl. 5.1. dati su gotov radni komad i odgovarajui otkovak s dodacima za obradu, odgovarajuim nagibima i radijusima zaobljenja.

Tolerancije otkovka odreuju se na osnovu : vrste materijala (njegove obradivosti), veliine otkovka, tj. njegove teine, sloenosti. Sl. 5.1. - Gotov komad i odgovarajui otkovak

2.3.

ALATI ZA KOVANjE

2.3.1. Podela alata za kovanje

U proizvodnom procesu oblikovanja materijala, odnosno izrade odreenog elementa definisanog oblikom, dimenzijama i kvalitetom, obzirom na tolerantno polje izrade i hrapavost odreenih povrina, uestvuju : materijal, koji od pripremka, u fazi obrade, prelazi u izradak i sredstvo rada. U procesima obrade materijala deformisanjem sredstva rada imaju zadatak da na odreeni nain unesu potrebnu energiju u materijal i time obezbede usmereno preoblikovanje materijala do konanog, eljenog oblika izradka. Sredstvo rada, kao neposredni uesnik u procesu proizvodnje, se sastoji od itavog niza elemenata, koji se po funkcijma mogu podeliti na : aktivni deo-mainu, iji je zadatak da obezbedi potrebnu energiju i kretanje izvrnim delovima, pasivni deo-alat, iji je zadatak da usmeri i diktira unoenje energije u materijal koji se preoblikuje i pomoni deo, iji je zadatak da olaka uslove obrade. Po izvoru dobijanja energije, koju alat prenosi na predmet, kovaki alati se dele u dve velike grupe, i to: mainske alate, i

rune alate Kovaki mainski alati se mogu svrstavati i klasificirati na razliite naine, zavisno od toga ta se uzima kao kriterijum. Analizom procesa kovanja mogu se izdvojiti tri veoma vana faktora, a to su: nain kretanja materijala u periodu njegovog oblikovanja, toplotno stanje materijala za vreme obrade, i optereenja koja dejstvuju na materijal.

2.3.2. Osnovne konstrukcije alata za kovanje

Izgled donjeg dela alata (kalupa) za kovanje, kao i presek kroz kompletan alat, dati su na sl. 5.2.

Sl. 5.2. - Kalup za kovanje: a - gravura, b - duina mosta, c - telo alata (kalupa), d - otvor za transport, e - eona povrina, f - oslona povrina, g - noga alata, h povrina za stezanje (postavljanje na mainu), i - vodea povrina, k - ivica, l - gornji kalup, m - magacin vika materijala, n - most, o - podeona ravan, p - donji kalup, s - debljina mosta

Gornji kalup (nije prikazan u trodimenzionalnom prikazu na sl. 2.15.) u principu je isti kao i donji, sa eventualnim razlikama u samom obliku gravure.

Znaajan uticaj na parametre procesa, kao i na kvalitet samog otkovka, imaju oblik i dimenzije kanala (mosta) za srh. Oblik i dimenzije tog kanala zavise od oblika gravure. Smanjenjem odnosa b/s smanjuje se i pritisak u gravuri kao i visina koju materijal moe postici u gravuri, i obrnuto. To znai da je za sloenije konfiguracije gravure (vea visina H, manja debljina vertikalnih segmenata gravure t) potrebno da odnos b/s bude vei nego za jednostavnije gravure (manja visina gravure, vee debljine vertikalnih segmenata gravure).

2.4.OSNOVNE SMERNICE PRI PROJEKTOVANjU PROCESA KOVANjA

Projektovanje tehnolokog procesa kovanja obuhvata: odreivanje teine, oblika i dimenzija pripremka, zagrevanje pripremka, operacije pripremnog kovanja, zavrno kovanje, obrezivanje otkovka, arenje otkovka, ienje, kalibrisanje, alati za kovanje i oprema za kovanje.

Na sl. 5.3.data je opta ema tehnolokog procesa. Polufabrikat sa skladita doprema se na operaciju odsecanja. Pre toga uzorak materijala se dostavlja laboratoriji na utvrivanje i kontrolu osobina materijala. Odsecanje na potrebnu duinu. Zagrevanje pripremka. Postoje razliite konstruktivno-konceptualne izvedbe pei za zagrevanje, uz korienje razliitih energetskih izvora.

Operacije kovanja. Kovanje se moe izvoditi u jednoj operaciji (redi sluaj) ili u vie operacija, ve u zavisnosti od oblika i dimenzija otkovka. Ako je za izradu potrebno vie operacija, onda alat sadri razliite gravure: Gravure za pripremno kovanje slue za ostvarivanje pogodnog rasporeda mase za dalji tok kovanja, tj. za poetno pribliavanje njegovog polaznog oblika zavrnom obliku otkovka. Postoji vie tipova pripremnih gravura: za utiskivanje oblika, za savijanje, za smanjenje preseka, za izduivanje i za sabijanje. Prethodna gravura ima zadatak da pripremi otkovak za zavrni udarac, tj. za zavrnu gravuru. Oblik prethodne gravure u globalu vrlo je slian obliku zavrne gravure ali razlika je u radijusima, nagibima i ostalim konstrukcionim elementima gravure. Zavrna gravura je negativ finalnog otkovka u toplom stanju.

Sl. 5.3. Opta ema tehnolokog procesa kovanja

2.7.REIM ZAGREVANjA I HLAENjA OTKOVAKA

Osnovni parametri koji karakteriu reim zagrevanja materijala pri kovanju su: temperatura pei, brzina zagrevanja materijala, krajnja temperatura zagrevanja vreme dranja da datoj temperaturi, ukupno vreme zagrevanja i temperaturni interval kovanja. Temperatura pei zavisi od vrste elika za zagrevanje i obino se uzima za 100 - 150C iznad gornje temperature kovanja. Obino je kod kovanja elika temperatura pei od 1200 - 1300C. Brzina zagrevanja je bitna. Ako je brzina velika krae je vreme zagrevanja, smanjuje se obgorevanje, smanjuje se dubina razugljenisanog sloja, itd. Brzina zagrevanja zavisi od temperate radnog prostora pei i od toplotne provodijivosti materijala. Gornja temperatura kovanja je poetak procesa kovanja. Ako se kovanje pone od nje bolje je iskorienje maine, vea produktivnost, manje obgorevanje i manja je mogunost stvaranja napona usled pada temperature, ali pod uslovom da se proces kovanja i zavri brzo. Kod legiranih i visokolegiranih elika gornja temperatura kovanja je nepoeljna za poetak kovanja jer nastaju mikroprskotine u materijali. Kod visokolegiranih elika zagrevanje se obavlja postepeno i sa nekoliko stepena (predgrevanja).

2.7.1. Uticaji temperaturnnog reima zagrevanja na osobine kovanja

Mehanika svojstva otkovaka u mnogome zavise od temperaturnog intervala kovanja i od stepena deformacije. Zagrejan materijal pod dejstvom alata za kovanje podlee povrinskom ovrivanju i samim tim pojavljuju se unutranji naponi.

Sa povienjem temperature zagrevanja moe doi do nepeljnog rasta zrna u materijalu, formiranja strukture i dr. Da bi se ova nepoeljna pojava izbegla potrebno je: da temperatura zavretka kovanja ne bude ispod temperature rekristalizacije za datu vrstu elika; temperatura na kraju deformacije mora biti usaglaena i sa odreenim stepenom deformacije, pa i sa brzinom deformacije. Rekristalizacija zrna je mogua pri deformaciji u toplom stanju, dok se pri hladnoj deformaciji ovaj process ne pojavljuje. Proces rekristalizacije omoguava nastanak ravnoosih zrna od predhodno deformisanih zrna.Brzina i efekti rekristalizacije zavise od stepena deformacije, temperature zagrevanja i trajanja hlaenja. Izmeu stepena deformacije i rasta zrna nema linearne zavisnosti. Pri odreenom stepenu deformacije zrno je najvee i taj stepen deformacije naziva se kritinim. Usaglaavanjem stepena deformacije, temperature zagrevanja i naina hlaenja mogu se dobiti traena svojstva otkovka i veliina zrna.Ovde se mogu uoiti tri sluaja: Ako je brzina deformacije mala, ali dovoljna da izazove potpunu rekristalizaciju materiijala onda je to deformacija u vruem stanju, bez ojaavanja ( bez poveavanja vrstoe i smanjenja plastinosti) i bez formiranja izduenih zrna (formiranje vlakana). Ako je pri odreenim vrednostima brzine deformacije brzina rekristalizacije nedovoljna, onda e se pojaviti i zone u kojima nije izvrena rekristalizacija zrna sa nehomogenom strukturom i neujednaenim stepenom deformacije.U takvim sluajevima na granicama zrna mogu nastati prsline. Po pravilu temperature rekristalizacije najveeg broja metala je u granicama 0.3-0.6 od temperature topljenja.Kod legura metala na bazi vrstih rastvora temeperatura rekristalizacije je najee 0.5-0.6 od temperature topljenja. Kod elika rekristalizacija obino nastaje pri temperaturi vioj od Ac3 (900C), odnosno Ar3 (840C) u zavisnosti od stepena deformacije i vrste elika. Na bazi reenog zakljuuje se da se u procesu kovanja jednovremeno odvijaju dva procesa: deformisanje i rekristalizacija.

2.8.

MATERIJALI ZA IZRADU ALATA ZA KOVANjE

Za izradu alata u kovanicama koriste se sledee grupe elika: elici za rad u vruem stanju, elici za rad u hladnom stanju, ugljenini alatni elici, brzorezni elici i elici za specijalne namene (kombinacija osnovnih grupa). Poboljanje mehanikih osobina alata postie se termikom obradom.Time se poveava izdrljivost, a samim tim i ekonominost i pouzdana alata za proizvodnju otkovaka. Budui da su trokovi izrade kovakih alata visoki, oni u trokovima proizvodnje svake kovanice predstavljaju znaajna ulaganja.Zbog toga je osnovni cilj smanjiti trokove izrade alata, i postii njihovu maksimalnu izdrljivost u radu. Izdrljivost kovakih alata ocenjuje se brojem otkovanih otkovaka u alatu do prvog obnavljanja gravure (regeneracija alata), kao i brojem regeneracija gravure alata. Na isti ili slian nain ocenjuje se i izdrljivost alata za krzanje, probijanje ili prosecanje i lomljenje. Izdrljivost alata u eksploataciji evidentira se u tzv. "karti alata" koju poseduje svaki alat u kovanici. Evidentni podaci u praenju govore da izdrljivost alata u najveem stepenu zavisi iskljuivo od vrste i kvaliteta materijala,to je osnovno, ali i od drugih faktora od kojih su najvaniji sledei: nain izrade alata i gravure alata, kvalitet povrine gravure, odnosno rezne ivice, termika obrada alata, uslovi eksploatacije alata.

2.8.1. Odreevanje dimenzija ulaznog materijala za kovanje otkovka

Za pravilno odreivanje dimenzija ulaznog materijala za kovanje potrebno je dobro prouiti bilans gubitaka materijala. Radi dalje analize uvode se sledee definicije: m /kg/ mv /kg/ - masa (teina) istog otkovka. U tehnoloki postupak upisuje se kao aritmetika - masa (teina) gubitaka materijala usled venca -magacina vika materijala,

sredina od izmerenih teina otkovaka na vagi najmanje (5-10 kom.),

mo /kg/- - masa (teina) materijala koji obgori pri zagrevanju ("cunder"), ms /kg/ - masa (teina) materijala koji se gubi pri seenju (npr. seenje na testeri zahteva gubitak materijala za debljinu testere za seenje), mu Ag/ - masa (teina) materijala koji se ulae u gravuri kalupa.

Prema gornjem bilansu bie: mu = m + mv + mo Sve ove veliine mogu se proraunati preko zapremine otkovka uz pretpostavku da se magacin vika materijala popuni samo sa 10%. Meutim, postoje preporuke za brzo raunanje ulonih dimenzija teine materijala.U tom sluaju usvaja se procenat gubitaka materijala u zavisnosti od komplikovanosti oblika otkovka (od duine sastavne linije).Prema tome je masa (teina) uloenog materijala: mu = f *motk gde je: f - faktor uveanja teine i uzirna se prema tabeli iz standarda.

Osnovne karakteristike materijala alata koje mogu da obezbede relativno visoku postojanost alata su:

visoka kritina taka elika (Ac1) i postojanost na otputanje tj. ouvanje odreene tvrdoe na povienim temperaturama (HRC 50,toplotna postojanost), visoka otpornost na stvaranje termikih prslina, visoka otpornost na mehaniko- habanje pri visokim temperaturama, visoka otpornost prema oksidaciji. Jedan isti materijal ne moe da obezbedi sve navedene osobine, to u krajnjem sluaju nije ni potrebno. Alati rade u nejednakim eksploatacionim uslovima, pri raznim naponskim stanjima i temperaturnim reimima i neizbeno imaju razliite dimenzije. Pored toga, u zavisnosti od preovlaavajueg procesa habanja, razne karakteristike su primarne.Zbog toga se u industriji i primenjuju razliiti elici za izradu alata. Pored osnovnih navedenih uslova vane osobine su i: dobra prokaljivost, dobra obradijivost, odsutstvo greaka u materijalu. Pri projektovanju i izradi alata potrebno je u svakom sluaju odabrati materijal potrebnih karakteristika, kao i preduzeti sve druge mere, da bi se obezbedila to vea postojanost alata .

2.9.2. Uzroci oteenja alata

Oteenje alata je posledica kvantitativnih i kvalitativnih promena na karakteristinim delovima, ili u povrinskom sloju radnih povrina alata koje se u procesu oblikovanja nalaze u neposrednom kontaktu sa obradkom. Uzroci ovih promena moju se svrstati u sledee grupe: havarija (lom), mehaniko habanje delova povrine gravure, deformacija alata i smicanje isturenih delova gravure,

pojava mree termikih prslina, pojava krupnih termikih prslina. Havarija alata se najee deava u poetku korienja alata.Smatra se da je razlog havarije nezavistan od uzroka navedenih u ostalim grupama (sem u izvesnim sluajevima znaajne istroenosti) .Meutim, ostali uzroci su meusobno zavisni i uslovljeni. I pored toga, najee je, jedan od njih dominirajui i osnovni uzrok istroenosti, odnosno promene dimenzija i neravnomernosti istroenosti gravure. Neka ispitivanja pokazuju da se pojedini procesi najizrazitije pojavljuju na odreenim povrinama : mehaniko habanje na mostu i zaobljenjima; smicanje - na vertikalnim zidovima gravure, ispustima i zaobljenjima; termike prsline -vertikalnim zidovima, ispustima i zaobljenjima itd. Kinetika procesa, u toku korienja alata zavisi od preovladavajueg procesa. Tipina kriva odvijanja procesa data je na slici 2.41. Prvi deo krive odgovara "uhodavanju" alata u kome se habanjem skidaju mikroneravnine, tragovi obrade i vri preraspodela zaostalih unutranjih napona. U pogledu postojanosti taj period je racionalno skratiti - poboljanjem kvaliteta povrine gravure i boljom termikom obradom. Drugi deo krive slika 2.41 je povezan sa promenama mikroreljefa i mikrostrukture povrina, razugljenienja ili naugljenienjem povrinskog sloja, pojavom mikroprslina termikog zamora, naslaga, odnoenje povrinskih slojeva itd. Skup tih promena i njihov uzajamni uticaj dovodi do naglog poveanja intenziteta habanja, tj. do brzog oteenja alata u treoj fazi. Meutim, preovladujui (dominantan) uticaj jednog od parametara moe znatno da deformie krivu i dovede do znatnog skraenja drugog dela krive. U nekim sluajevima drugi deo krive uopte ne postoji tj. imamo sutinsko smanjenje postojanosti.

BROJ KOMADA

Sl.2.41. Kriva habanja alata

6.

Tehnoloki postupak izrade jabuiceNaziv Oprema Seenje ScPk-315 Indukciono GAN-100 Kontrola kaljenje Zagrevanje BTH-16 Kovanje SPM-1000 Krzanje EPU-100 Poboljanje MUL 41/60 su prikazane u tabeli 1 :

Osnovne operacije tehnolokog postupka izrade otkovka jabuice

Opracija broj 10 70 20 30 40 50 60

Tab.1 Tehnoloki postupak izrade otkovka-jabuice

6.1. Seenje materijala .1431

Seenje materijala tj. ipke se izvodi na maini za smicanje ScPk-315. sl. 6.1. Polazni materijal za seenje polufabrikanata za kovanje, slika 6.2 a., je ipka.Izgled oseenog polufabrikanata dat je na slici 6.2.b., a crte istog na slici 6.3.

a.)

b.)

Sl. 6.2. Polazni materijal za izradu jabuice

30

Sl.6.2. Crte sa dimenzijama polufabrikanata za izradu otkovka, teina 87g.

Sl. 6.3. ScPk-315 Proizvoa WMW Erfurt , Nemaka

Opis maine: Telo makaza ini nosivi deo u kojem su smeteni svi mehanizmi za pokretanje.Telo se sastoji iz zavarenih elinih ploa i prima sile koje nastaju pri seenju.Na prednjoj strani ploa nalazi se zavareni elini okvir za kruti spoj sa zadnjom stranicom tela i prijem donjeg noa i gornjeg draa.

58

6.2. Zagrevanje polufabrikanata za kovanje Zagrevanje otkovka se izvodi u ureaju za zagrevanje gasnim plamenom na maini BTH 16

Sl. 6.4. Zagrevanje otkovka, BTH 16

6.3. Kovanje i krzanje jabuice od .1431

Kovanje polufabrikanata od .1431 zagrejanog po celom preseku na temperaturu kovanja (880 C-1050 C) se izvodi na maini MP 1000 sl.6.6. Posle kovanja dobija se viiak materijala koji je istisnut u magazin vika na alatu.

Krzotina

otkovakSl. 6.6. Okovak sa krzotinom- posle kovanja na maini MP 1000

Sl. 6.8. Maina za odvajanje krzotine (viak materijala) od otkovka EPU-100,Proizvoa Jelingrad Banja Luka

Izgled i crte jabuice dati su na slici 6., i 6... a zahtevani raspored vlakana po preseku otkovka na sl..

Sl. 6.10. Izgled jabuice otkovka bez krzotine

44

3 0

Sl.6.11.Tehnoloki crte otkovka jabuice posle krzanja elika istisnutom pri kovanju u magacin vika materijala (zazor)

7. Tehnoloki postupak izrade olje

Tehnoloki postupak izrade olje presovanjem prikazan je u tabeli 2.

Tab 7.1. Tehnoloki postupak izrade olje Operacija broj 10 20 30 Operacija Seenje Prosecanje Oblikovanje Oprema Mainske makaze EPU-125 Hidrauluina presa

84

40

Poboljanje

MUL 41/60

Sl. 7.1. Polufabrikant za izradu olje

90

95

Sl.7.2. emaski prikaz trake (lima ) iz koje se dobijaju rundele.

80

Seenje trake se vri pomou mainski makaza sl.7.3. sledeih tehnikih karakteristika : debljina seenja polufabrikanata do 5 mm, duina seenja do 2.5m, makaze za hirdraulinim stezanjem lima.

Sl.7.3. Prikaz mainskih makaza za seenje lima, proizvoa Jelingrad

Oblikovanje rundele se vri na presi EPU-100, sl.7.4.

Sl.7.4. emaski prikaz prese EPU-100.

Sl.7.5. Prikaz dobijene olje