2. Süllyesztékes kovácsolási technológia tervezése

2.1. A technológiatervezés általános alapjai

A süllyesztékes kovácsolás technológiájának tervezésekor általában két fő feltételrendszert kell alapul venni:

- a kívánt minőségű késztermék gyártási feltételei: itt azt kell megvizsgálni, hogy az adott technológiát befolyásoló tényezők milyen értékhatárok között változhatnak anélkül, hogy az előírt minőségi paraméterek a megengedett tűrési tartományból kiessenek;

- a gazdaságosság biztosításának feltételei: az adott gyártási feladatot befolyásoló paramétereket úgy kell meghatározni, vagy kiválasztani, hogy a gyártás a leggazdaságosabb legyen.

A gazdaságos gyártást biztosító technológiai paramétereket a minőség szempontjából lehetséges technológiai paraméterektől való megkülönböztetés érdekében optimális technológiai paramétereknek nevezik.

A kovácsolási technológia kidolgozásakor a tervezőnek az elméleti alapok mellett természetesen fel kell használni az üzemi, gyártási tapasztalatokból származó ismereteket is. Az elmélet és a gyakorlat együttes felhasználásával határozható meg a gazdaságossági feltételeket kielégítő technológia.

A kovácsdarabok minőségének biztosításához szükséges feltételrendszer főbb alkotó elemei:

- a süllyesztéküregek kialakítása (az osztófelület helye és alakja, oldalferdeségek, lekerekítési sugarak stb.);
- a kívánt üregtöltést és minimális anyagfelhasználást biztosító sorjacsatorna fő méretei;
- az alakító gép(ek) típusa és nagysága;
- a melegítési módszer (pl. revementes izzítás a jó felületi minőség érdekében, optimális kovácsolási hőmérséklet a kívánt szövetszerkezet biztosítására).

Az osztófelület elhelyezése, az oldalferdeségek és a lekerekítések megállapítása a kovácsdarab tervezésekor már megtörténtek Itt is meg kell azonban ismételni, hogy a technológiatervezés egy komplex folyamat, a tervezéskor a feltételrendszer egészét kell figyelembe venni, függetlenül attól, hogy a különböző tervezési lépcsők leírása milyen sorrendet követ.

A kovácsdarab megtervezését követően a technológiatervezés a következő lépésekből áll:

1. a gyártási módszer meghatározása,
2. az alakító gép megválasztása,
3. a kiinduló darab alakjának és nagyságának meghatározása,
4. az optimális hevítési hőmérséklet megválasztása,
5. a süllyesztékszerszám tervezése,
6. a sorjázás módja, a sorjázó szerszám tervezése, a sorjázó berendezés megválasztása.

2.1.1. A süllyesztékes kovácsolás gyártási módszerei

A süllyesztékes kovácsolás olyan képlékeny alakítási módszer, amelyben a kívánt kész alakot a kiinduló alakból fokozatosan, lépésről lépésre lehet, illetve kell megközelíteni.

A kész alak fokozatos megközelítése összefüggésben van a kovácsdarab anyagának alakíthatóságával, a süllyesztéküregben lejátszódó üregtöltési viszonyokkal, a takarékos anyagfelhasználással és a süllyesztékszerszám kíméletes igénybevételével. Így az optimális - más szóval minimális költséggel végzett - kovácsolás leglényegesebb feltétele a lépcsőzetes, előalakítással és előkovácsolással végzett gyártás.

A 27. ábra jól szemlélteti a rendelkezésre álló módszerek alkalmazási lehetőségeit. Az ábrán látható, hogy a kiinduló terméktől a kész darabig eljuthatunk úgy, hogy a rendelkezésre álló valamennyi lépcsőre szükség van, vagy úgy, hogy csak néhány, esetleg csupán egy lépést alkalmazunk. Az, hogy a kész darabot hány lépcsőn keresztül közelítjük meg, függ a darab alakjától, nagyságától, a rendelkezésre álló gépparktól, a darab anyagának alakíthatóságától, a hőmérsékleti viszonyoktól, a sorozatnagyságtól és még számos más tényezőtől.

27. ábra

Az ábrán az anyagelosztás olyan előalakítást jelent, amelyben az előalakított keresztmetszet alakra nem, de nagyságra megegyezik a későbbi kész alak sorjával és leégési veszteséggel növelt keresztmetszetével.

A hajlítást görbült daraboknál általában az anyagelosztást követően alkalmazzák. Ritkán fordul elő, hogy valamilyen ok következtében csupán az előkovácsolás, vagy a készrekovácsolás után hajlítanak.

Az előkovácsolás feladata a kész alak lehető legjobb megközelítése. Előkovácsoláskor a keresztmetszet nagysága azonos a kész keresztmetszet sorjával növelt nagyságával, alakja pedig hasonlít a kész alakra.

A készrekovácsolás feladata a készüreg tökéletes kitöltésével a méretpontosság, az alak- és helyzetpontosság biztosítása. A készüregben az alakváltozás nagyon kis mértékű.

A süllyesztékes kovácsolást végezhetik egy, vagy több üregben. Az, hogy milyen módszert választunk, több tényezőtől függ: a kovácsdarab alakjától, tömegétől, a rendelkezésre álló gépi berendezésektől, az üzem gépesítési fokától stb. A gyártás lehetséges módszerei:

- kovácsolás egy üregben, előkovácsolás nélkül,
- kovácsolás egy üregben, előkovácsolással,
- kovácsolás egy gépen, több üregben,
- kovácsolás több gépen, több üregben.

2.1.1.1. Kovácsolás egy üregben, előkovácsolás nélkül

Ezt a módszert főleg kis sorozatoknál, alakító berendezésekkel rosszul ellátott üzemekben alkalmazzák, jóllehet az eljárásnak sok hátránya van. Az üreg biztos töltése miatt nagy anyagfelesleggel kell dolgozni, a nagy mennyiségű sorja alakítása miatt sok ütésre van szükség, nagy az alakítás munkaszükséglete, jelentős a szerszám-igénybevétel (bár ez utóbbi a kis sorozatnagyság miatt nem szokott problémát jelenteni). A 28. ábra az együreges, előkovácsolás nélküli kovácsolás folyamatát szemlélteti.

28. ábra

2.1.1.2. Kovácsolás egy üregben, előkovácsolással

Nagyobb sorozatú, bonyolultabb alakú kovácsdarabok süllyesztékes kovácsolása előkovácsolás nélkül gazdaságtalan. Minél nagyobb a darabszám, annál nagyobb mértékű előkovácsolás célszerű.

A közepesen gépesített kis- és középsorozatban termelő kovácsüzemek a szabadalakító előkovácsolást használják. A szabadalakító kovácsolással előalakított darab kerül a süllyesztéküregbe (29. ábra). Ezzel az eljárással növekszik a szerszámok élettartama és a kovácsdarabok méretpontossága, az előkovácsolás nélkül történő alakításhoz képest csökken az anyag-felhasználási együttható.

29. ábra

Az eljárás egyik hátránya az, hogy a szabadalakító kovácsolás termelékenysége sokkal kisebb, mint a készrekovácsolásé. Ezért egy süllyesztékes gép kiszolgálásához több előalakító gép szükséges. Előalakítás közben a darabok nagyon lehűlnek, alkalmatlanná válnak azonnali továbbkovácsolásra, ezért újból fel kell melegíteni. A másodszori melegítés hátránya - a növekvő energia-felhasználás mellett - az, hogy a darabok újból revésednek, ami anyagveszteséget jelent. Ez természetesen már eleve nagyobb tömegű kiinduló darabot igényel.

2.1.1.3. Kovácsolás egy gépen, több üregben

A módszer alkalmazása elsősorban a közép- és nagysorozatú gyártásban (500-5000 darab) indokolt. Ilyenkor ugyanazon süllyesztékszerszámban helyezik el a készüreget és az előalakító ürege(ke)t is (30. ábra). Az előalakítás és a készrealakítás egy meleggel történik.

30. ábra

Az előalakítás során a reve lepereg a darab felületéről, így a készüregbe tiszta felületű darab kerül. A kovácsdarab felülete sima lesz, így kis ráhagyással lehet kovácsolni. A készüreg élettartama növekszik, mert a nagyfokú előalakítást követően már csak kismértékű alakításra van szükség. A jó anyagelosztás miatt kicsi lesz a sorja, tehát javul az anyag-felhasználási együttható. Az eljárás hátrányai: a drága süllyesztéktömb, az alsó szerszámfél erős felmelegedése, a süllyesztékek excentrikus igénybevétele és az üregek egyenlőtlen kopása. Mindezen hátrányok ellenére a süllyesztékes kovácsüzemek nagy része ezt a gyártási módszert alkalmazza.

2.1.1.4. Kovácsolás több gépen, több üregben

Alkalmazása kizárólag a nagysorozatú és a tömeggyártásban indokolt. A különböző műveleteket külön gépeken végzik. Az egy-egy gépre szerelt süllyesztékekben legfeljebb két alakító művelet lehet. Az egyenletes ütemű gyártás miatt nincs káros szerszámmelegedés. Az előalakító süllyesztéktömböknek kicsi az igénybevétele, ezért olcsóbb acélból is készülhetnek, mint a készüreget tartalmazó szerszámtömb.

A több gépes technológia hátránya a nagy gépszükséglet mellett az, hogy gyártmányváltáskor több gépen kell szerszámot cserélni.

A több gépes gyártás fejlettebb változata a gépcsoporton végzett kovácsolás. Gépcsoportnak nevezzük azon gépek összességét, amelyeket adott kovácsdarabok gyártástechnológiájának megfelelően telepítenek. A csoport gépegységein csak egyfajta alakítást végeznek, a darabok meghatározott ütemben folyamatosan követik egymást.

A munkafolyamat egyszerű, könnyen áttekinthető és jól automatizálható. A készrealakítást leginkább nagy teljesítményű forgattyús sajtón végzik.

2.1.2. A kiinduló darab meghatározása

2.1.2.1. Az anyagelosztás

Az anyagelosztás feladata olyan előalaknak a biztosítása, amelynek a keresztmetszetei nagysága megegyeznek a kész darab sorjával növelt keresztmetszeteivel.

A zömök jellegű kovácsdaraboknál (l. 14. és 15. ábra, a bonyolultsági csoportbeosztás 1. és 2. alakosztálya) kisebb az anyagelosztás jelentősége. A 3. alakosztályba tartozó hosszúkás daraboknál azonban (l. 16. ábra) ritkán lehet elkerülni az anyagelosztást. Különösen igaz ez akkor, ha a kovácsdarab alakja olyan, hogy a hossz mentén jelentősebb keresztmetszet-változások, vagy nagyobb kiemelkedések, csapok, agyak vannak a darabon.

Az előkovácsolás célja - mint már korábban volt róla szó - az, hogy a készüregbe kerülő darab egyes keresztmetszetei megegyezzenek a kész darab sorjával növelt keresztmetszeteivel, és a darab körvonala minél jobban megközelítse a kész darab körvonalát. Azt a kovácsdarabot, amely ezeket a feltételeket kielégíti, tényleges kiinduló (előkovácsolt) darabnak nevezzük. A tényleges kiinduló darabot az ún. ideális elméleti előgyártmányból határozhatjuk meg.

Ideális elméleti előgyártmánynak nevezzük azt a forgástestet, amelynek keresztmetszetei megegyeznek a süllyesztékes kovácsdarab sorjával növelt keresztmetszeteivel.

Az ideális elméleti előgyártmány alapján meghatározhatjuk a kiinduló darab méreteit, az előalakítás módját és az előalakító üregek méreteit. Az ideális elméleti előgyártmányt a kovácsdarab keresztmetszet-diagramja (l. 21. ábra) alapján szerkeszthetjük meg.

Az előgyártmány méreteit a kovácsdarab (készüreg) jellemző keresztmetszeteiből és a sorjába futó anyagmennyiségből kell meghatározni. Az előgyártmány valamely szelvényének keresztmetszet-területe:

| (7)

ahol | Akd,i | a kovácsdarab vonatkozó szelvényének keresztmetszet-területe;
| As,i | a sorja keresztmetszete.

A sorjával növelt keresztmetszeteket a korábbiakban leírtak szerint úgy számoljuk ki, hogy a kovácsdarab bonyolultsági csoportszáma és a tömege alapján meghatározott anyag-felhasználási együtthatóval (l. 56...59. ábrák) felszorozzuk a kovácsdarab jellemző keresztmetszet-területeit. Az így kapott görbe alatti terület lesz az elméleti előgyártmány térfogata. A keresztmetszet-területekből visszaszámolt átmérők jellemzik az elméleti előgyártmány méreteit:

| (8)

2.1.2.2. Előalakítási módszerek

A süllyesztékes kovácsüzemekben leggyakrabban alkalmazott előalakítási módszerek: előalakítás a süllyesztékszerszámban elhelyezett előalakító üreg(ek)ben, a kovácshengerlés, a lemezidom-vágás, a villamos duzzasztás stb.

a) Előalakítás a süllyesztékszerszámban elhelyezett előalakító üregekben

Az előalakításra használt üregeket a kovácsdarab alakjától, bonyolultságától és a kovácsolási technológiától függően kell megválasztani. Az alkalmazható előalakító üregek: nyomó, alakító, anyagelosztó, nyújtó és hajlító üreg. Ezen kívül a szerszámon esetleg duzzasztó felület is lehet. A módszerre a 30. ábra mutat példát.

A nyomó üreg

A nyomó üregben a darab hossztengelye mentén végzünk anyagelosztást (31. ábra). A darabot munka közben nem forgatják. Az anyag egy része oldalirányban áramlik és a darabot szélesíti. A darab a készüreg osztósíkjával párhuzamosan fekszik az üregben, tehát a következő üregbe fordítás nélkül kerül át. A nyomó üregbe a kiinduló darab, esetleg egy már előnyújtott darab kerül. Az üreg általában a süllyesztékszerszám szélére kerül.

31. ábra

Az alakító üreg

Az alakító üreget akkor alkalmazzák, ha a kovácsdarab nem szimmetrikus és keresztmetszetét nem kell nagymértékben előalakítani (32. ábra). A munkadarabot a későbbi osztósíkjával állítják az ütés irányába, ezért a következő üregbe 90°-os fordítással kerül. Alakítás közben a darabot nem forgatják és általában egy ütéssel elvégzik az alakítást.

32. ábra

Az anyagelosztó üreg

Az anyagelosztó üreg a darab anyagát a kovácsdarab hossztengelye mentén térfogatának megfelelően elosztja. Nyitott üreget (33. ábra) akkor használnak, ha kevés anyagot, zárt üreget (34. ábra) akkor, ha sok anyagot kell elosztani. A zárt anyagelosztó üreg korlátozza a szélesedést, ezáltal elősegíti az anyagelosztást. A darabot az ütések között elforgatják, de tengelyirányban nem tolják el. Az ütések száma 3...10. Az anyag tengelyirányú áramlását elősegíti az, hogy a nyomó felületek a vízszintessel szöget zárnak be. A nyitott üreget a szerszám szélén helyezik el.

33. ábra

34. ábra

A nyújtó üreg

Ha a kiinduló darab keresztmetszetének csökkentésére van szükség, nyújtó üreget alkalmazhatnak (35. ábra). A behelyezett darabot az ütések között 90°-kal elforgatják, miközben előre tolják. A nyújtott szelvény alakja négyzetes.

A nyújtást a nyújtó felület végzi, az üreg többi része a darab elgörbülését akadályozza meg, illetve meghatározza a pontos nyújtási hosszúságot. A nyújtó üreg bizonyos esetekben kombinálható az anyagelosztó üreggel is.

35. ábra

A hajlító üreg

Görbe, hajlított darabok gyártása kovácsolással gyakori feladat. A kiinduló darab tervezésekor ezért mindig meg kell vizsgálni, hogy a szükséges hajlítást a süllyesztékes kovácsolás előtt, közben, vagy utána célszerű-e elvégezni. Nyilvánvaló, hogy a döntésnek a technológián túl gazdaságossági vonatkozásai is vannak: a tört osztófelülettel gyártott süllyesztékszerszám drágább, mint a sík osztófelülettel elkészített. A hajlító üreget a süllyesztéktömb szélén helyezik el.

a) | b)

36. ábra

A hajlító üregben a darab osztósíkjával az ütés irányában áll, a következő üregbe 90°-kal elfordítva kerül. A hajlítást a kész előtti üreget megelőzően végzik, ezért a hajlítás előtt minden egyéb előalakítást el kell végezni.

A hajlítást el lehet végezni változatlan keresztmetszettel (36/a. ábra), vagy keresztmetszet-csökkenéssel és a hajlított rész egyidejű nyújtásával (36/b. ábra). Nyújtás nélkül akkor hajlítanak, ha a hajlított lépcsők távolsága nagy. Bárhogy is történik a hajlítás, a tervezéskor figyelembe kell venni azt, hogy a hajlításkor a belső (nyomott) részen az anyag felzömül, míg a külső (húzott) részeken anyaghiány keletkezik.

A duzzasztó felület

Duzzasztó felületet akkor használnak, ha függőleges helyzetben kovácsolható, lapos darabokat kell előalakítani. A megfelelő méretű síkfelületet a süllyeszték valamelyik oldalán képezik ki, és a szerszám élét nagy sugárral lekerekítik.

A levágó kés

Ha rúdból kovácsolnak, akkor a kovácsdarabot a rúd végéről el kell távolítani. Erre szolgál a levágó kés, amelyet a süllyesztékszerszámra erősítenek fel, vagy levágó üregként a süllyesztéktömbben alakítják ki a szerszám homloklapjának, vagy hátsó oldalának szélén 15-20°-os szögben. A hátsó elhelyezés a kedvezőbb, mert nem okoz a darabon benyomódást, és nem gyűri össze a sorját.

b) Előalakítás kovácshengerléssel

A kovácshengerlés a hengerlés és a süllyesztékes kovácsolás kombinációja. Célja a kiinduló anyag nyújtása és bizonyos alakadás (37. ábra). Az alakítást két együtt dolgozó, ellentétes forgásirányú henger végzi. A hengerek forgásiránya állandó, egy-egy alakítás egy-egy fordulatot vesz igénybe.

37. ábra

A két munkahengerre süllyesztékes szerszámokat, ún. szegmenseket erősítenek, amelyek általában a hengerkerület felét foglalják el. A hengerek átmérőjét az alakítandó hosszúság határozza meg. A kovácsdarabot akkor vezetik a szegmensek közé, amikor azok egymástól eltávolodnak. A hengerek forgásiránya olyan, hogy a közéjük ütközőig betolt munkadarabot annak alakítása közben a kovács felé visszatolják. Egy hengerpárra egymás mellé általában több szegmenspárt helyeznek el, így a darab méreteitől és alakjától függően többszúrásos alakítást lehet végezni.

A kovácshengerlés előnyei a nyújtókovácsolással szemben:

- nagyobb termelékenység;
- nagyobb méretpontosság, ennek következtében anyag-megtakarítás;
- egyforma és pontos darabok készíthetők;
- a lehűlés kisebb, így általában nincs szükség közbülső melegítésre.

2.1.3. Az alakító gép megválasztása

A süllyesztékes kovácsolás műszaki megvalósíthatósága szempontjából alapfeltétel, hogy az alakító gépre jellemző F - Dh (erő-magasságcsökkenés) görbe a képlékenységi görbe felett haladjon (38. ábra). A technológiatervezőnek tehát ismernie kell mind a rendelkezésre álló gépek F - Dh jelleggörbéjét, mind az alakító erő változását a magasságcsökkenés függvényében. Különösen fontos az üregtöltés befejezéséhez, azaz a teljesen kitöltött üreghez tartozó erőmaximum (Fal,max) ismerete.

38. ábra

Az alakító gép kiválasztását illetően a tervezői feladat a következőképpen fogalmazható meg:

- az alakító gép adott, csak az ellenőrzést kell elvégezni;
- adott gépi berendezések közül kell kiválasztani a legmegfelelőbbet;
- az alakító gép minden kötöttség nélkül választható.

Süllyesztékes kovácsolás esetén a választáshoz szóbajöhető legfontosabb alakító gépek:

- kalapácsok,
- mechanikus (forgattyús) sajtók,
- csavarsajtók.

A felsorolt gépek nagyságrendi összehasonlítása általában nehézségekbe ütközik, mivel nem azonos jellegű gépekről van szó.

A kalapácsok munkától függő gépek. Legfontosabb paraméterük a munkavégző képességük. A mechanikus sajtók jellegüket tekintve úttól függő gépek, fő paraméterük a megengedhető névleges alakító erő. A dörzshajtású csavarsajtók a kalapácsok és a mechanikus sajtók között helyezkednek el. Munkafüggő gépek, ennek ellenére legfontosabb paraméterük a megengedhető legnagyobb alakító erő.

A három alakító géptípus összehasonlítását könnyíti meg a 39. ábra. Erről az elvi ábráról leolvasható, hogy a kalapács viszonylag nagy erő kifejtésére képes, kis munkavégző képesség mellett. A forgattyús sajtóknál fordított a helyzet. Az ábrából az is megállapítható, hogy a maximális alakító erő viszonya a forgattyús sajtó és a kalapács között kb. 1 : 2, míg a munkavégző képesség 4 : 1. Ebből az következik, hogy a kalapácsokat olyan kovácsdarabok alakítására célszerű használni, amelyek nagy alakító erőt igényelnek, a forgattyús sajtókat pedig a nagy alakító erőt igénylő kovácsdarabokhoz.

39. ábra

A kalapácsoknak azt a hátrányát, hogy viszonylag kicsi a munkavégző képességük, a gyakorlatban úgy küszöbölik ki, hogy több ütéssel végzik az alakítást. Az első ütések biztosítják az alakításhoz szükséges munka jelentős hányadát, a további ütések során az alakító erő gyorsan növekszik, a végzett munka csökken (40. ábra). Az utolsó, készrealakító ütéshez már igen nagy erő tartozik, míg a hasznos munka (a görbe alatti terület) közeledik a nullához.

40. ábra

A dörzshajtású csavarorsós (frikciós) sajtókat a forgattyús sajtókkal összevetve az állapítható meg, hogy az orsós sajtókhoz nagyobb alakító erő és kisebb munkavégző képesség tartozik. Az orsós sajtókat a kalapácsokkal összehasonlítva kitűnik, hogy az orsós sajtók munkavégző képessége nagyobb, ugyanakkor a megengedhető maximális alakító erő kisebb.

Az alakító gépek beruházási és üzemeltetési költségeit alapul véve az a tapasztalat, hogy a kalapácsok olcsóbbak, mint a forgattyús sajtók. A forgattyús sajtók viszont azzal az előnnyel rendelkeznek, hogy megfelelő előalakítás esetén az üregtöltés egy lépésben (egy lökettel) elvégezhető. A forgattyús sajtók gazdaságos üzemeltetése attól függ, hogy milyen hasznos löketszámmal dolgoznak. A növekvő sorozatnagyságok a forgattyús sajtóknak kedveznek. Az 500 darabnál kisebb sorozatok kovácsolása általában kalapácsokon gazdaságosabb. A forgattyús sajtók fölénye az 1000 darabnál nagyobb sorozatoknál kezdődik.

Az alakító gép kiválasztásának egyik alapja a kovácsdarab alakja, különös tekintettel a b/h (szélesség/magasság) viszonyra. Gyakorlati tapasztalatok szerint ha a b/h viszony 3-nál kisebb, akkor általában inkább a sajtók, ha a b/h nagyobb 8-nál, akkor mindig a kalapácsok a gazdaságosabbak.

Példaként vizsgáljuk meg a 41. ábrán látható fékkar kovácsolására alkalmas alakítógép kiválasztásának a módszerét. Az alapadatok:

a fékkar anyagminősége: | DIN 41Cr4,
a kovácsdarab tömege: | mkd = 0,926 kg,
az anyag alakítási szilárdsága: | kf = 150 N/mm2,
a nyomott felület nagysága: | Any = 12 500 mm2.

41. ábra

A fékkarról megállapítható, hogy a kovácsdarab tömegéhez képest viszonylag nagy a nyomott felülete, a kar-rész keresztmetszetének b/h viszonya (b/h = 40/10) szintén nagynak mondható.

Határozzuk meg a B metszetben a fajlagos alakító erő (alakítási ellenállás) nagyságát!

A sorjaellenállás:

| (9)

A szár-rész duzzasztási ellenállása:

| (10)

A keresztmetszet középvonalára vonatkozó maximális alakítási ellenállás:

| (11)

A feszültségdomb átlagos magassága, azaz a közepes fajlagos alakító erő:

Az alakító erő:

| (12)

A példa szerinti fékkart 16 kJ-os ejtőkalapácson gyártják. Egy ilyen nagyságú ejtőkalapácson kifejthető maximális erő a 42. ábra szerint:

42. ábra

Megállapítható, hogy ennél a kovácsdarabnál a szükséges alakító erő összhangban van az alakító gépen kifejthető erővel. A 43. ábra egy 16 kJ-os ejtőkalapács jelleggörbéjét mutatja. Eszerint az alakítás befejezéséhez szükséges utolsó ütésben elérhető magasságcsökkenés:

ami azt jelenti, hogy a kalapács ütési energiája is elegendő a szükséges alakváltozás biztosításához.

43. ábra

Nézzünk egy másik példát! A 44. ábra egy kerékagyat mutat, amelynél lényegesen mások a viszonyok, mint az előző példában. A kerékagy alapadatai:

a kovácsdarab anyagminősége: | DIN Ck45
a kovácsdarab tömege: | mkd = 44,12 kg
a kiinduló darab méretei: | Ć 150 x 360 mm
az előduzzasztott méretek: | Ć 200 x 203 mm
a kész darab nyomott felülete: | Any = 137 200 mm2
az alakított térfogat: | Val = 5 858 000 mm3
a kész darab köz. magassága: | hk = 42,7 mm
az előduzzasztott kiinduló darab alakítási szilárdsága: | kf,ki = 80 N/mm2
az alakítási szilárdság a kovácsolás befejezésekor: | kf,ki = 120 N/mm2
a fajlagos alakító erő a kovácsolás befejezésekor: | pk = 635 N/mm2

44. ábra

Az alakító erő:

| (13)

Az alakításhoz szükséges összes munkamennyiség:

| (14)

Az Fal = 87 120 kN erő kifejtésére a 42. ábra szerint egy Wnévl = 160 kJ-os ellenütős kalapács alkalmas.

A kerékagy kialakításához szükséges ütések száma (h = 0,7 hatásfokkal számolva):

| (15)

Ha viszont ezt a kerékagyat egy jóval nagyobb, Wnévl = 400 kJ-os ellenütős kalapácson alakítjuk, akkor az ütésszám:

| (16)

Ezekből az adatokból kitűnik, hogy noha az alakító erőt illetően a 160 kJ-os kalapács is megfelelne, a nagy alakítási munka miatt az ütésszámokat figyelembe véve legalább 400 kJ-os ellenütős kalapácsra van szükség.

A bemutatott példák egyértelműen igazolják, hogy milyen nagy jelentősége van az alakító gép kiválasztásának. A gazdaságos kovácsolás egyik alapfeltétele tehát a kovácsdarab alakjához, méreteihez és tömegéhez legjobban megfelelő típusú és nagyságú alakító gép kiválasztása.

2.1.4. A kovácsolás hőmérsékleti viszonyai

A kovácsolás egyik feladata a munkadarab mechanikus tulajdonságainak a javítása, ami általában a lehető legfinomabb szemnagyságot kívánja meg. A legtöbb kovácsolható acélban az átalakuló ausztenit akkor a legfinomabb szemnagyságú, ha az alakítás utolsó munkamenetét valamivel az A3 hőmérséklet fölött, legalább 15...20 %-os keresztmetszet-csökkenéssel végezzük. Ha ezt követően a szokásos módon, levegőn hűtjük le a kovácsdarabokat, akkor azok szövete és tulajdonságai a normalizált acélokéhoz lesz hasonló.

A kovácsolás hőmérséklet-tartományát többféle paraméter határozza meg. A kovácsolási hőmérséklet felső határát metallurgiai tényezők is korlátozzák: erőteljes a revésedés, dekarbonizálódás és durvakristályosodás lép fel. A tartomány alsó határa közelében javulnak az acél mechanikai tulajdonságai, de növekszik az alakítási szilárdság. A kovácsolás gyakorlatában leggyakrabban felhasznált acélok kovácsolási hőmérséklet-tartománya 850 ... 1200 °C.

Az acélok kovácsolási tartományát a 45. ábra szemlélteti. Általános szempont, hogy a kovácsolás befejező hőmérséklete a GOS vonal felett legyen. Tapasztalatok szerint 900 °C alatt növekvő alakítási szilárdság mellett jelentősen csökken az alakíthatóság. Ha nagyon lecsökken a kovácsolás hőmérséklete, akkor a kis karbontartalmú acélok kovácsolásakor fennáll a durva szemcsés újrakristályosodás veszélye. Hipereutektoidos acélok alakításakor a kovácsolás befejező hőmérsékletet általában nem lehet az SE vonal fölött tartani, mert az irreálisan nagy érték lenne.

45. ábra

A vas-karbon diagram jellemző pontjainak helyzetét a különböző ötvözők megváltoztatják. A ferritképző ötvözők például az A3 hőmérsékletet növelik, az ausztenitképzők pedig csökkentik. Ha ezek figyelembe vételével meghatározzuk az adott ötvözetre vonatkozó A3 hőmérsékletet, akkor a kovácsolás befejező hőmérséklete:

| (17)

Ezek után a kovácsolás kiinduló hőmérsékletét kell meghatározni. Ehhez több tényezőt is figyelembe kell venni. Egyrészt amikor a megfelelő hőmérsékletre melegített kiinduló darabot kiemelik a hevítő berendezésből, az alakító gépig szállítás ideje alatt sugárzással hőt ad le. Másrészt a szerszámüregbe helyezett darab tovább hűl: az alsó fele az alsó szerszámfelet melegíti, a felső felének hőmérséklete pedig sugárzás miatt csökken. Harmadrészt pedig az ütés alatt az alsó és a felső szerszámfél hőátadással további hőmennyiséget von el a darabból. Ugyanakkor azonban az ütés alatt számolni kell az alakváltozási munka hőegyenértékével is, ami viszont melegíti a darabot. Közelítő számításoknál elfogadott közelítés, hogy az ütés alatt a két tényező kiegyenlíti egymást, azaz a darab hőmérséklete nem változik. Azt is meg kell azonban jegyezni, hogy a darab hűlésével az alakítási munkából származó hőmennyiség egyre nagyobb, így az utolsó ütések alatt már visszamelegedéssel lehet számolni. Mindezeket figyelembe véve a darab hőmérséklete kalapácson végzett kovácsoláskor a 46. ábra szerint alakul.

46. ábra

2.1.5. A süllyesztékszerszám tervezése

A süllyesztékszerszámok külső formája a blokkméreteikkel, a szerelési felületükkel (pl. fecskefarok) és az üregek pontos elhelyezéséhez szükséges vonatkoztatási felületeikkel (pl. bázisfelületekkel, vagy vezetőléccel), valamint a süllyeszték vezetékeivel jellemezhetők.

A blokk méretei a kovácsdarabhoz, pontosabban a bemunkálandó üregekhez igazodnak. A süllyesztékes kovácsolással foglalkozó gyárakban, üzemekben általában típusszerszámokkal dolgoznak. Ez azt jelenti, hogy a gyártott kovácsdarabok méreteinek, alakjának és esetleg sorozatnagyságának megfelelően, valamint az alakítógép-park méreteinek és adottságainak megfelelően néhány alapvető szerszámtömb alakot és ezeken belül néhány típusméretet állapítanak meg.

A hosszúkás alakú kovácsdarabokhoz - mint pl. a mellső tengelyek, a forgattyús tengelyek vagy a vezérműtengelyek - hosszúkás téglatest alakú, míg a körvetületű kovácsdarabokhoz - a csőkarimákhoz, a fogaskerekekhez és egyéb tárcsákhoz - négyzetes, hat- vagy nyolcszögletes, illetve kör alakú szerszámtömböket lehet használni.

A szerszámtervezés megkezdése feltételezi néhány tervezési alapadat ismeretét, ill. meghatározottságát. Így ismernünk kell

- a kovácsdarabra,
- a kovácsolási technológiára,
- a választott alakító gépre és a szerszámtömbre

vonatkozó egyes adatokat.

A kovácsdarab adatai közül ismernünk kell annak méreteit, alakját, anyagához kapcsolódóan a hőmérsékleti viszonyait. Ismernünk kell a kovácsolási technológia bizonyos adatait (a kovácsolás módja, az előalakítás jellege, a sorjahíd és sorjacsatorna méretei stb.). Tudnunk kell, hogy milyen alakító gépen (adott üzem estén azt, hogy az üzemi géppark melyik berendezésén) fogjuk végezni az alakítást, arra a gépre milyen alakú és méretű süllyesztékszerszámok szerelhetők fel. Tisztában kell lennünk az adott célra legmegfelelőbb szerszámanyagokkal (illetve ismernünk kell az adott üzemben szokásosan használt szerszámok anyagminőségét). Ismernünk kell a szerszám hőmérsékletét, illetve magának az alakításnak a hőmérsékleti és erőviszonyait.

A süllyesztékszerszám tervezésének vázlatos menete a következő:

1. A süllyesztékszerszámok készítésére szolgáló acélfajták közül kiválasztjuk az adott feladatnak legjobban megfelelő anyagminőséget.

2. Megtervezzük az előalakító üregeket, valamint a kész- és a kész előtti üregeket (a hőtágulás figyelembe vételével), valamint a fogónyúlvány üregeket.

3. Meghatározzuk az üregek közötti, valamint az üregek és a süllyesztékszerszám széle között szükséges minimális távolságot, majd az üregeket adott szabályok szerint elhelyezzük a tömbön. Az üregméretek és a közöttük lévő távolságok összege, valamint - amennyiben nem a tömb szélére helyezett üregről van szó - a két szélén lévő távolságok összege adja meg a minimálisan szükséges szerszámméretet.

4. Az így kapott minimális szerszámméreteket összevetjük az ajánlott (szabványos, vagy az adott kalapácson vagy üzemben használatos) tömbméretekkel, és a következő felső határ szerinti méretűt választjuk.

5. Kiválasztjuk a legmegfelelőbb vezetőelem(ek)et és elhelyezzük a tömbön.

6. Meghatározzuk a tényleges, majd a szükséges ütközőfelület nagyságát. Amennyiben a tényleges ütközőfelület a kisebb, akkor meg kell növelni a tömb méreteit úgy, hogy az ütközőfelület nagysága elérje az előzőleg meghatározott szükséges nagyságot.

7. Megállapítjuk az adott szerszámhoz tartozó vastagsági méretet (három-négyszeri utánmunkálást feltételezve), majd kiválasztjuk az adott alakító géphez, ill. süllyesztékszerszámhoz tartozó rögzítőelemeket (fecskefarok, rögzítőék, retesz).

A süllyesztékacélként felhasználható melegmegmunkáló acélokat 200 °C-nál nagyobb üzemi hőmérsékletre tervezik. C-tartalmuk általában 0,3...0,6 %, a legfontosabb ötvözőelemeik pedig a Cr, Mo, W, V, Ni és néha a Co.

A süllyesztékacélok három legfontosabb csoportja:

- NiCrMo-acélok ütésszerű igénybevételre (elsősorban egyrészes szerszámokhoz),
- CrMoV-acélok, amelyek nagy hőterhelést bírnak el (melegrepedésálló acélok),
- WCrV-acélok, amelyek nagy hőállósággal (megereszrésállósággal) rendelkeznek.

Meg kell jegyezni, hogy a megeresztésállóság és a szívósság fordított arányban áll egymással. Azt, hogy milyen acélféleséget használunk, gazdaságossági szempontok határozzák meg.

2.1.6. A sorjázás

A sorjával végzett süllyesztékes kovácsolás befejezésekor a darabon rajta marad az anyagfelesleget tartalmazó sorja. Ezt a kovácsolás befejezése után el kell távolítani. A sorjázást leggyakrabban nyírással végzik el. A melegsorjázást közvetlenül a kovácsolás befejezése után, a hidegsorjázást később, a darab lehűlése után végzik el. Közepes és kisméretű kovácsdarabok sorjázásához excentersajtót, nagyobbakhoz forgattyús sajtót, a legnagyobbakhoz pedig hidraulikus sajtót használnak.

Meleg sorjázáskor a vágási felület sima, még akkor is, ha a készüreg kopása miatt a sorja a tervezettnél vastagabb. A repedésre hajlamos, ötvözött acélokat mindig melegen sorjázzák.

Hideg sorjázáskor a munka termelékenyebb, így egy sorjázó sajtó több kovácsológépet is ki tud szolgálni. A sorjázásra kerülő darabokat ilyenkor azonban célszerű revétleníteni, mert így a vágólap éltartóssága többszörösére növelhető.

47. ábra

Sorjázáskor a kovácsdarabot az alakjának megfelelő bélyeggel átnyomják a vágólapon (47. ábra). Ha nagy a vágórés (47/a. ábra), akkor csak a vágólap, ellenkező esetben (47/b. ábra) a vágólap és a bélyeg együttesen végzi a nyírást. A művelet végén a bélyeg mintegy 5-10 mm-re hatol be a vágólap nyílásába, miközben a levágott sorja a vágólapon marad. Kis vágórés esetén a sorja rászorulhat a bélyegre, azért ilyenkor a lehúzásról valamilyen szerkezeti megoldással gondoskodni kell.

Az utólagos lyukasztás műveletére ugyanazok a szabályok érvényesek, mint a sorjázásra.

A bélyeg alakja (felfekvő felülete) a munkadarab alakjától függ. Ha a munkadarabon elég nagy sík felület van, akkor a bélyeg lehet sík felületű. A kovácsdarabok tagolt, bonyolult alakja miatt azonban a gyakoribb eset az, hogy a bélyeg pontosan követi a kovácsdarab felületének alakját.

A vágólap alakját a kovácsolt darab osztási vonala határozza meg. Belső felületének lefelé bővülő kiképzése lehetővé teszi, hogy a darab a vágólapon könnyen átessék (48. ábra). Az élszalag előnye az, hogy szerszámkopáskor az élek a méretek megváltoztatása nélkül utánköszörülhetők. Ezt, valamint a darab jobb felfekvését a vágólap kiemelkedő pereme biztosítja.

48. ábra

A sorja eltávolítása nyírással történik, így a sorjázás erőszükségletét egyszerű meghatározni: az nem más, mint a vágott keresztmetszet és a nyírószilárdság szorzata. A vágott felületet a sorjavastagság és a vágólap körvonalhosszának a szorzata adja.

      A jegyzet elejére   A fejezetet elejére   A következő fejezetre