Gépészet | Anyagismeret » Dr. Szabó László - Szabadalakító kovácsolás

Dr. Szabó László: Szabadalakító kovácsolás 2001, Miskolc Tartalomjegyzék: BEVEZETÉS . 1 1. A KOVÁCSOLÁS ANYAGAI 2 1.1 Az acél alapanyag 2 1.2 A kovácstuskó alakja 5 2. A SZABADALAKÍTÓ KOVÁCSOLÁS MŰVELETTERVEZÉSE 8 2.1 A kovácsdarab rajzának elkészítése 8 2.2 A kiinduló darab tömege és méretei 11 3. A KOVÁCSOLÁS ALAPMŰVELETEI 12 3.1 Nyújtás 12 3.2 Duzzasztás 18 3.3 Röviden az átkovácsolásról 19 3.4 Lyukasztás 23 3.5 Vágás és leszabás 24 3.6 Vállazás 25 3.7 Áttolás 26 3.8 Hajlítás 26 3.9 Csavarás 27 3.10 Kovácshegesztés 28 4. FELMELEGÍTÉS ÉS LEHŰTÉS 29 4.1 A kovácsolás hőmérséklettartománya 29 4.2 Az anyag felmelegítése 31 4.3 A kovácsdarabok hűtése 34 5. A SZABADALAKÍTÓ KOVÁCSOLÁS GÉPI BERENDEZÉSEI 35 5.1 Az alakító gépek kiválasztása 36 5.2 Kalapácsok 37 5.3 Hidraulikus kovácssajtók 40 BEVEZETÉS A szabadalakító kovácsolás széles mérethatárok között akár egyedi

darabok, akár nagyobb mennyiségű alkatrész gyártására alkalmas. A technológiai módszer megválasztását (azt tudniillik, hogy szabadalakítással, vagy süllyesztékes kovácsolással, esetleg más módszerrel célszerű előállítani az adott alkatrészt) a gyártási költségek határozzák meg. A gyártási és egyéb költségeket döntően a kovácsdarabok sorozatnagysága határozza meg. Gazdaságossági számításokkal állapítható meg az a sorozatnagyság (darabszám) amely alatt csakis a szabadon alakító kovácsolás, illetve ami fölött a süllyesztékes kovácsolás jöhet szóba. A gyártási költség természetesen több tényezőből tevődik össze. Ilyen például a forgácsolási költség. Szabadalakító kovácsolásnál mindig nagyobb forgácsolási hozzáadással kell dolgozni, ezért a forgácsolási költségek nagyobbak, nem beszélve az anyagköltségről. A süllyesztékes kovácsoláskor a süllyesztékszerszám költségeit kell

figyelembe venni. Nagyobb szériák esetén a szerszámköltség egyre kisebb hányadot képvisel (kijelenthető ennek következtében, hogy a süllyesztékes kovácsolás egyértelműen tömeggyártási módszer). Számításba kell még venni a melegítéssel, gépműködtetéssel, az élőmunka ráfordítással stb. kapcsolatos költségeket is 1 1. A KOVÁCSOLÁS ANYAGAI A bevezetőben emlitettük, hogy a jegyzetben az acélok kovácsolásáról lesz szó, ennek megfelelően ebben a fejezetben is az acél alapanyagokkal kapcsolatos tudnivalókat ismertetjük. 1.1 Az acél alapanyag A kovácsolás alapanyagát ma már szinte kizárólag elektrokemencében vagy konverterben állítják elő. Mivel az előírt acélösszetételt legjobban az ívfényes elektrokemencében lehet biztosítani, ezért az ötvözött acélokat inkább ezzel a módszerrel gyártják. A kovácsolási célra előállított folyékony acélt általában kokillába, néha folyamatosan öntik. A

nagyméretű szabadon alakított kovácsdarabok kiinduló anyaga az öntött tuskó, a kis tömegű kovácsdarabok kiinduló anyaga pedig előalakított buga vagy rúdtermék. Az előalakítást hengerléssel vagy előkovácsolással végzik. Az öntött kovácstuskó készülhet alsó vagy felső öntéssel Felső öntéskor az acélt olyan kokillába öntik, amelynek különleges lábrésze van Itt gyűlhetnek össze a salakrészecskék, és a felfreccsenések többé-kevésbé elkerülhetők Az alsó öntésű tuskók felülete tiszta, belsejének tisztasági foka viszont rosszabb, mint a felső öntésű tuskóé Dermedéskor a tuskó belső kristályszerkezete nagyjából a következő ábra szerint alakul ki. Az egyenlőtlen dermedés miatt a tuskó magjában üregek, lyukak keletkeznek, és megnövekszik a foszfor- és kéntartalom (dúsulás). A tuskó fejrészében található üregek a lunkerek, amelyek szerencsétlen esetben akár a tuskó teljes hosszában

végighúzódhatnak A tuskóban előforduló szennyezők a lábrészben gyűlnek össze, így a megszilárdulás után a fej- és lábrész között jelentős lesz a különbség. Ugyanígy van különbség a felületi rétegek és a mag között. 2 Az öntés folyamán levegő és más gázok kerülnek az olvadékba. Amíg az acél folyékony, a gázok a felületre diffundálhatnak, megdermedéskor azonban bezáródnak az acélba Ha a gázhólyagok felülete fémesen tiszta, akkor jó átkovácsolással összehegeszthetők. A felülethez közeli hólyagok azonban a kovácsolás folyamán felnyílhatnak, ezek nyújtás után hosszirányú repedések formájában jelennek meg. A legnagyobb problémát a nem fémes zárványok (salak- és tűzállóanyag részecskék) okozzák. Ezek a szennyezők az acék megdermedésekor a kristályok közé záródnak. Nyújtáskor sorokban helyezkednek el, emiatt az acél szálas szövetű lesz, a szilárdsági tulajdonságok pedig eltérőek

lesznek hossz- és keresztirányban. A nem fémes zárványok melegítéskor és edzéskor feszültségi repedéseket okozhatnak. A gázhólyagok, a nem fémes zárványok és a lunkerek mennyiségét a lehetőség szerinti minimumra kell csökkenteni. Ezt különleges alakú kokillákkal, vagy/és a hűlési-dermedési folyamat lassításával lehet elérni Különösen vigyázni kell a repedésre érzékeny ötvözött acélok dermedési folyamatának kézben tartására A tuskó fejét és lábát kovácsolás előtt, vagy kovácsolás közben el kell távolítani. Különleges esetekben kovácsolás előtt az öntött tuskók felületi rétegét forgácsolással (esztergálással, marással, gyalulással) eltávolítják. Az ötvözetlen acélok felületét lánggyalulással is lehet tisztítani A technikai fejlődés, az új iparágak megjelenése fokozottabb követelményeket jelent a kovácsdarabok minőségével szemben (gondoljunk csak a repülésre, az ürhajózásra és az

atomtechnikára). A régi technológiák nem elégítik ki ezeket a követelményeket, ezért új módszereket kellett kifejleszteni az acél alapanyag minőségének javítására, az oxigén, nitrogén és hidrogén eltávolítása, az egyenletes összetételű és szövetszerkezetű tuskótérfogat biztosítása érdekében. Ezt a kovácstuskó átolvasztásával érik el. Az egyik ilyen módszer a salak alatti átolvasztás. 3 A módszer lényege az, hogy a hagyományos módon előállított öntött kovácstuskót először átkovácsolják, majd felületét leesztergálják. Ez képezi az elektródot, ami benyúlik a vízzel hűtött tégelyben elhelyezkedő salakfürdőbe. Az elektród és a tégely feneke (vízhűtésű alaplap) között áram folyik át A salakfürdő átmeneti ellenállásának hatására az elektród hőmérséklete az olvadáspontig növekszik. Az elektródról a megolvadt acélcseppek a salakfürdőn átvándorolnak, és alulról felfelé növekedve

alakítják ki az átolvasztott új tuskót. Helyesen szabályozott átolvasztással az új szövet dúsulás- és lunkermentes lesz. Az átolvasztott tuskó a salakfürdő következtében revementes, sima felületű Az átolvasztás során lejátszódó kémiai reakciók a megfelelő salakösszetétel megválasztásával pontosan kézben tarthatók. Az acél kén- és foszfortartalmát mésszel lehet csökkenteni, az alumínium a szilikátzárványok eltávolításában hatásos Egy másik, igen hatásos átolvasztó módszer a vákuum-ívfényes kemencében végzett átolvasztás. Az elektródot ebben az esetben is a leöntött kovácstuskóból állítják elő átkovácsolás utáni esztergálással. Ez az elektród nyúlik be a vízhűtésű olvasztótégelybe, amelyben vákuumszivattyúval 1.2×10-3 torr nyomást biztosítanak Az elektród és a fenék között ív képződik, s az elektród tömege folyamatosan megolvad. Az új tuskót a megolvadt, majd megszilárduló acél

biztosítja Az átolvasztott tuskó - a vákuum hatására - jóval kevesebb gázt tartalmaz, mint az eredeti, és a magjában nem képződik dúsulásos zóna. Ezt a módszert főleg az erősen ötvözött nemesacélok és a hőálló acélok gyártásához használják 4 Az átolvasztási idő három elektród egyidejű alkalmazásával csökkenthető (ez igaz a salaktakarós átolvasztásra is). A nagy tömegű tuskók átolvasztása azonban ezekkel a módszerekkel nem megoldott A nagy tuskók átolvasztására dolgozták ki a magátolvasztásos módszert. A hagyományos módon leöntött kovácstuskót előkovácsolják, majd üreges, esetleg többrészes lyukasztó tüskével kilyukasztják, amivel a belső, dúsulásos részeket eltávolítják. A lyukasztott tuskó (hüvely) képezi a továbbiakban a már ismertetett salaktakarós átolvasztás tégelyét, a benyúló elektródot pedig azonos összetételű acélból készítik (pl. akár salaktakarós módszerrel) Az

elektród beolvadásával együtt a hüvely egy része is megolvad, s az új tuskó teljes keresztmetszete tömör és dúsulásmentes lesz. Ennek megfelelően az így előállított tuskó két részből áll: a külső, hagyományos módszerrel gyártott öntött rétegből és egy átolvasztott magból. 1.2 A kovácstuskó alakja Az öntött kovácstuskó tömege általában 0,2.350 t, rendkívüli igények esetén készíthetnek nagyobbat is A magasság (hosszúság)/átmérő viszony 1,73,0 körül mozog A hosszabb tuskók dúsulása kedvezőbb, a zömökebbek viszont duzzasztáskor kedvezőbbek, mert elférnek az alakító gépen A kovácstuskó méreteinek, alakjának megválasztásakor meg kell vizsgálni, hogy a megfelelő átkovácsolás biztosítható-e. A kellő átkovácsolás érdekében a tuskó átmérőjének mindig igazodnia kell a ko5 vácsdarab legnagyobb átmérőjéhez. Egyértelmű, hogy a kovácsdarab középső részeinek annál jobb a minősége, minél

jobban átkovácsolják a magrészt. A kovácstuskók alakja általában felfelé szélesedő csonkagúla, keresztmetszetük pedig négy-, hat- vagy nyolcszög. A nagy tömegű tuskókat még nagyobb szögszámmal vagy hullámos felülettel öntik A kör keresztmetszetű tuskók hajlamosak a felületi repedésekre Ugyancsak növelik a repedésveszélyt a túl kis lekerekítéssel tervezett élek Ez az élszög és a lekerekítés növelésével csökkenthető A tuskó kialakításánál ügyelni kell az anyagkihozatalra, azaz hogy a tuskó minél kisebb része legyen használhatatlan rész (mint például a fej és a láb). A fej lehetséges legkisebb méretét a tuskó dermedésekor lejátszódó folyamatok határozzák meg. A fejben kell elhelyezkedniök a szívódási üregeknek, és itt kell összegyűlniök a dúsulásoknak is Általában a fej tömege a tuskó tömegének 15.25%-a A fej méretét kovácsolástechnológiai megfontolások is befolyásolhatják A nagy tömegű, 6

manipulátorral már nem kezelhető kovácstuskók alakításának első lépéseit ugyanis a fejből nyújtó kovácsolással kialakított csapnál megfogva végzik - daru segítségével. Az ily módon kialakítandó csap alakja kör- vagy négyzet-keresztmetszetű. Megmunkálásakor arra kell törekedni, hogy a tuskó és a csap tengelye pontosan egybeessék. A csap átmérőjét a tuskó átmérőjének függvényében - tapasztalat alapján - a következő ábra alapján állapítják meg A csap hossza általában az átmérő vagy a négyzetoldal kétszerese szokott lenni. A szabadon alakított kovácsdarab félkész előtermékét kovácsoláson kívül hengerléssel is előállíthatják az öntött tuskóból. A kiinduló darab lehet hengerelt rúdacél, elvétve laposacél is 7 2. 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 jelentős előnye, hogy a munkadarab minden egyes részét egyforma mértékben lehet átkovácsolni (az átkovácsolás mértéke a másik igen fontos tényező, amit a későbbiekben még részletesen tárgyalunk). Gondoljunk pl egy erősen változó keresztmetszetű forgattyús tengelyre, ahol az átkovácsolás mértéke a legvékonyabb részeken akár tízszeresnél is nagyobb lehet. Ez alakítási feszültséggel is jár,

de nagyobb probléma az, hogy a hossz- és a keresztirányban mért szilárdsági tulajdonságok között jelentős különbség mutatkozik A szabadon alakító kovácsolás gyártástechnológiájának (művelettervének) kidolgozása a következő résztevékenységeket foglalja magában: 1. a kovácsdarab rajzának elkészítését, 2. a kiinduló darab tömegének és méreteinek meghatározását, 3. a műveleti sorrendet és a szükséges szerszámok megválasztását, 4. az átkovácsolás mértékének meghatározását, 5. a szükséges alakító berendezés(ek) kiválasztását, 6. a kemence típusának meghatározását, a melegítési és hűtési technológia rögzítését, 7. a szállító és emelő berendezések kiválasztását, 8. a munkaerő (létszám) megállapítását 2.1 A kovácsdarab rajzának elkészítése A szabadalakítással gyártandó kovácsdarabokat a megrendelő az üzemtől a készremunkált darab rajza (gépészeti rajz), kovácsrajz vagy

mintadarab alapján rendelheti meg. Bárhogy is történik a megrendelés, a kovácsdarab rajzát (a kovácsrajzot) a kovácsüzemben el kell készíteni, vagy át kell dolgozni Ez gyakran a megrendelővel konzultálva történik A gépészeti szempontok szerint elkészített műszaki rajzot (azaz tulajdonképpen a munkadarabot) a kovácsolási technológia sajátosságait figyelembe véve megfelelően át kell alakítani. A legfontosabb az, hogy a darab forgácsolással megmunkálandó felületeit a megmunkálási ráhagyással meg kell növelni, és a rajzon fel kell tüntetni a kovácsolási tűréseket. A rajzon mind a megmunkálandó, mind a nyersen maradó felületeket meg kell jelölni. Ráhagyások csak a megmunkálandó felületen szüksége8 sek, a tűréseket azonban a nyersen maradó és a megmunkálandó felületre egyaránt elő kell írni. A ráhagyások és a tűrések nagyságát az MSZ 5744 írja elő, és nomogramokból lehet megállapítani Bonyolult alakú

kovácsdarabokra a szabványos értékek nem vonatkoznak, ezekre a ráhagyást és a tűrést külön állapítják meg. A ráhagyás és a tűrés viszonyát szemlélteti a következő ábra A ráhagyások optimális értékének megállapításában nagy szerepe van a gazdaságosságnak. A következő ábra a különböző költségtényezők alakulását mutatja be a ráhagyás függvényében. A selejtköltség és a munkabér fordítva, az anyagköltség és a forgácsolási költség egyenesen arányos a ráhagyás nagyságával Az egyes részköltségeket szemléltető görbék eredője mutatja az összköltség alakulását Az eredő görbe minimumához tartozó ráhagyás az optimális érték Ennek környezetében állapítják meg a ráhagyás optimális tartományát 9 A szabadalakító kovácsolás jellege megkívánja, hogy a darab alakját leegyszerűsítsék. A kisebb lépcsőket, bevágásokat, lyukakat, a nehezen kialakítható mélyedéseket a szomszédos

darabrészek méretével kovácsolják. A darabon tehát a kész munkadarab szempontjából felesleges anyaghozzáadás, megnövelt ráhagyás alakul ki. A kovácsdarabon általában az 50 mm-nél kisebb, vagy egy perem vastagságának kétharmadával kisebb furatokat nem lyukasztják. Vállak és peremek kialakításakor a vállazó szerszámok alakja, elcsúszása és a darabtorzulások miatt 10°-os ferdeséggel számolnak Véglevágáskor ez a ferdeség 15°os Néha különleges hozzáadásokra is szükség van, pl a darab befogásához, próbatestek céljára stb A kovácsrajzon a kovácsdarabot folyamatos vonallal rajzolják meg, benne a forgácsolt készdarab konturját vékony pont-vonallal rajzolják meg. A kovácsdarab méreteinél feltüntetik a tűréseket is, alatta pedig zárójelben a készdarab méretét. A méretezéskor kerülni kell a láncolt méretmegadást, mert ez a darab méreteinek ellenőrzésekor hibaforrás lehet. Ezért egy, hosszú kovácsdarabok esetén

esetleg több bázisfelülettől mérve kell megadni a kovácsdarab összes méretét. A kovácsolás folyamán utolsónak kialakítandó rész hosszúságát nem szokták megadni, ez ugyanis kiadódó méret 10 2.2 A kiinduló darab tömege és méretei Ha a kovácsolás kiinduló anyaga öntött tuskó, akkor az adott kovácsdarabhoz szükséges tuskó tömege a következő összefüggéssel számítható: m = mkd + mfej + mláb + mle + mk , ahol mkd a kovácsdarab tömege, mfej a tuskó fejrészének (felöntés) tömege, mláb a tuskó lábrészének hulladéka, mle a leégési veszteség tömege, mk a könnyű hulladék tömege. A kovácsdarab tömegét a kovácsrajz méretei alapján számítással határozzák meg. Az ötvözetlen acélok felöntési hulladéka - a tuskó nagyságának függvényében is - a tuskó tömegének 20.25%-a, ötvözött szerkezeti acéloknál 2535%, erősen ötvözött acéloknál 50% körül van A tuskó lábrészének hulladéka ötvözetlen

acéloknál 5.7%, ötvözött acéloknál 710% A leégési veszteség függ a melegítés módjától, a kemence konstrukciójától stb Az első melegítéskor nyílt lángterű kemencében 23%kal, minden további utánmelegítéskor 1,52%-kal lehet számolni A könnyű hulladék a kovácsdarab bonyolultságától függ, de ide tartozik a lyukasztási hulladék is. Mértékét általában kovácsüzemi tapasztalat alapján adják meg a kovácsdarab tömegének százalékában Ha a kovácsolás kiinduló anyaga előkovácsolt vagy hengerelt buga, a kiinduló darab tömege: m = mkd + mle + mk . A kiinduló darab tömegének ismeretében meg kell határozni annak méreteit. Ehhez ismerni kell a kovácsdarabbal szemben támasztott minőségi (szilárdsági) követelményeket és ezzel összefüggésben a kovácsolás műveleti sorrendjét. Az előírt szilárdsági követelményeket rendszerint csak többszörös átkovácsolással lehet biztosítani. Az átkovácsolás mérőszáma az

átkovácsolási szám (részletesen később) Ha a kiinduló darabot duzzasztani kell, akkor a magasságát úgy kell megállapítani, hogy egyrészt az átmérő 1,252,5-szöröse legyen, másrészt elférjen a kiválasztott alakító gépen Bugából végzett kovácsoláskor elegendő az 1,1.1,5-szörös átkovácsolás Öntött tuskóból történő kovácsoláskor általában legalább háromszoros átkovácsolás szükséges, emiatt sokszor a kovácsdarab súlyához viszonyítva többszörös súlyú kiinduló darabot kell választani Ilyenkor a tuskóból több darabot kovácsolnak, de ha az egyetlen darabhoz szükséges kiinduló tuskó tömege is igen nagy, akkor mégis kisebb tuskót választanak, a szükséges átkovácsolást pedig közbeiktatott duzzasztással biztosítják. A kiinduló darab mérete (tömege) végül kihat a kovácsolás gazdaságosságára. A hasznos kihozatali tényező a kiinduló darab és a kész kovácsdarab tömegének a százalékos viszonyát

fejezi ki (ér11 téke kb. 4560%) Az anyagfelhasználási tényező a kiinduló darab és a kész darab viszonya, nagysága 1,6.1,85 3. A KOVÁCSOLÁS ALAPMŰVELETEI A kovácsolási alapműveletek a nyújtás és szélesítés, a duzzasztás, a hajlítás és csavarás, az áttolás, a lyukasztás, a vágás és vállazás, valamint a kovácshegesztés. Azt, hogy melyik műveletet választjuk az adott kovácsdarab előállításához, a kovácsdarab alakja és a minőségi követelmények határozzák meg. A kovácsdarabok 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. 3.1 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 20.70 mm sugárral lekerekítik Az ilyen módon kialakított betét egyetlen hátránya az, hogy a nyújtott felület hullámos lesz, amit utólagos simító művelettel kell kiküszöbölni. 12 Nyújtás közben a csökken a darab magassága, növekszik a szélessége és természetesen a hoszszúsága. A darab és a szerszám egy téglalap alakú nyomott felület (Anyom=l0×bköz) mentén érintkezik egymással. Felvetődik azonban a kérdés: nyújtás közben mitől nyúlik (jobban) a darab, ahelyett, hogy egyenletesen alakváltozna hosszúság- és szélességirányban egyaránt. A választ az alakváltozást leíró összefüggésből kiindulva kapjuk meg. Az alakváltozást a térfogat-állandóság törvénye értelmében a következő összefüggés írja le: Az összefüggésben a magasságirányú természetes alakvátozás, a

hosszúságirányú természetes alakvátozás, a szélességirányú természetes alakvátozás. Kis átalakítás után: Minthogy a nyúlási és a szélesedési tényezőket a következőképpen értelmezzük: a következő összefüggést kapjuk: ahonnan a hosszirányú nyújtási tényező: Az összefüggésből az már nyilvánvaló, hogy a hossz- és szélességirányú alakváltozás egymás ellenében tud megvalósulni. A szélesedést kifejezhetjük a nyújtóbetét (pontosabban a nyomott felület) l0/b0 viszonyszámának függvényében is: A függvény alakja a következő ábrán látható. A görbe fölötti rész a nyúlással, a görbe alatti rész pedig a szélesedéssel arányos: 13 Nézzünk most egy olyan esetet, amikor a nyomott felület négyzet alakú. Könnyen belátható, hogy ebben az esetben mind a hosszúság-, mind a szélességirányú alakváltozás azonos mértékű lesz feltételezve a mindkét irányban azonos súrlódási viszonyokat. Ha a

nyújtóbetét szélességét (l0) csökkentjük, a szélesedés csökken, a hosszirányú nyúlás növekszik Ha viszont a nyújtóbetét méreteit ellenkező irányban változtatjuk (azaz szélességét növeljük), a szélesedés fog nőni a nyúlás rovására Nyújtáskor fontos, hogy minél egyenletesebb legyen a darabon belül az alakváltozás, mert ellenkező esetben akár fel is szakadhat a darab belseje, beső repedések keletkezhetnek. A következő ábrán egy hidraulikus sajtón, sík felületű nyújtóbetéttel, 1100°C-on végzett nyújtás eredményeként kialakult egyenlőtlen alakváltozás értékei láthatók Az átlagos fajlagos alakváltozás 0,233 Látható, hogy a nyújtóbetét alatti anyagrész három zónára oszlik. A legfeltűnőbb a II zóna, ahol a helyi magasságirányú alakváltozás nagyobb(!), mint az átlagos alakváltozás, az I és III zónában vi14 szont kisebb. Hasonló egyenlőtlenségek figyelhetők meg a magasságirányú helyi

alakváltozások tekintetében a következő ábrán is, ami egy 20 mm széles nyújtóbetéttel végzett 0,105-ös alakváltozással végzett kísérlet eredményét rögzíti. Fontos azonban a hosszirányú alakváltozás eloszlása is (elsősorban a belső mag felszakadási veszélye miatt). A következő ábra a különböző magasságcsökkenésekhez tartozó, a munkadarab tengelyében kialakuló hosszirányú alakváltozások értékei láthatók, a nyújtóbetét szélessége mentén Jól látható, hogy a kovácsdarab magjában a nyújtóbetét középvonalához tartozó maximális helyi alakváltozás mértéke meredeken csökken a betét (darab) széle felé Ez azt jelentheti, hogy a nyújtóbetét széle közelében nem lesz megfelelő a darabrészek átkovácsolása. Az is megfigyelhető, hogy az l0/h0 viszonyszám nagyobb értékénél a helyi alakváltozás maximum értéke és a görbe meredeksége kisebb Négyszög keresztmetszetű darabok nyújtásakor a darab

középvonalában a helyi magasságirányú alakváltozás és az átlagos alakváltozás között gyakorlatilag lineáris összefüggés mutatható ki. A helyi alakváltozás mértéke az l0/h0 viszonyszámtól független. Kör-keresztmetszetű darabok sík felületek közötti nyújtásakor a darab tengelyében elérhető helyi alakváltozás lényegesen kisebb lehet az átlagos 15 alakváltozásnál. Az alakítás kezdetén ugyanis az élmenti érintkezés miatt a nyomott felület szélessége nulla, s a nyomott felület csak fokozatosan alakul ki. Nyújtáskor a helyi alakváltozás eloszlása független az alakváltozási sebességtől és az alakítási szilárdságtól is. A nagy alakítási szilárdságú ötvözött acélok ugyanolyan jól átkovácsolhatók, mint az ötvözetlen karbonacélok. A nagyobb alakítási szilárdság nagyobb erővel jár, ezért ennek megfelelő alakító berendezést kell választani. A következő ábra a magasságirányú és a hosszirányú

helyi alakváltozások alakulását ábrázolja a darab középvonalában. A négyszögletes kovácsdarab tengelyében a helyi alakváltozás mintegy l0/h0=0,28 értékig kisebb, mint az átlagos alakváltozás, vagyis ebben a tartományban a darab átkovácsolása nem megfelelő. Ugyanakkor l0/h0=0,5 viszonyszám fölött már alig függ az átkovácsolás a viszonyszámtól A hosszirányú alakváltozás az l0/h0=0,6 viszonyszámig hasonló jelleggel alakul, mint a magasságirányú, ezután azonban csökken. Ez a nagymértékű szélesedéssel magyarázható A legkedvezőbb átkovácsolást az l0/h0=0,3.0,5 intervallumban kapjuk, ezt üzemi tapasztalatok is igazolják Alakos nyújtószerszámok között végzett nyújtáskor - a keresztmetszet alakjától és méreteitől függően - a nyújtás mértéke 20.40%-kal nagyobb, mint lapos szerszámok között Alakos szerszámként köríves, vagy - s ez a gyakoribb - 135°-os V-alakú nyújtóbetétet használnak, mivel ezekkel lehet

a kovácsdarab magját a legjobban átkovácsolni (ezt bizonyítja az alábbi ábra is). Sem 120°-nál kisebb szögű V-alakkal, sem kombinált (lapos és V-alakú) szerszámmal nem lehet a megfelelő átkovácsolást elérni. 16 Lapos nyújtóbetétek között a könnyen kovácsolható acélokat a jó átkovácsolás, valamint a szélesedés visszaverése érdekében egyik oldaluk teljes végigkovácsolása után 90°-kal elfordítják, és így folytatják a nyújtást. A kisebb méretű, emiatt könnyen mozgatható, kemény acélokat (pl a szerszámacélokat, amelyek újrakristályosodási sebessége kicsi) úgy nyújtják, hogy minden ütés után ugyanabban az irányban vagy felvátva, jobbra-balra elfordítják Kovácstuskók nyújtásakor a kezdő magasságcsökkenések - a repedések elkerülése érdekében csak néhány százalékosak. További nyújtáskor az egyenletes finom szövetszerkezet elérése érdekében az ütésenkénti magasságcsökkenések legalább

15.20%-osak legyenek A nyújtott keresztmetszet oldalainak aránya 1 : 3,5-nél nagyobb nem lehet, mert a szélesedés visszaverésekor a darab kihajolhat Az ötött tuskók nyújtását mindig a középtől a végek felé végzik. Így elérhető, hogy a felöntésben és a lábrészben lévő szennyeződések és anyaghibák kiszoruljanak a darabból, ráadásul az anyagkihozatal is növekszik. A nagy kovácstuskókat mindig a kovácstól távolodó, a kisebbeket a kovács irányába nyújtják Ha kör keresztmetszetből négyzet keresztmetszetű darabot kell kovácsolni, akkor az 1,3.1,6-os átkovácsolási számot be kell tartani. Négyzet kereszmetszetű darabból körszelvényűt úgy kovácsolnak, hogy a darabot először olyan méretű négyzet keresztmetszetűre nyújtják, amelynél a négyzet éle megközelíti a kívánt kör átmérőjét. Ezt követően a sarkokat letompítják, majd hengerverőkkel kör alakúra simítják 17 3.2 Duzzasztás Duzzasztást rendszerint

akkor végeznek, ha növelni kell az átkovácsolás mértékét, 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 Ezt a hidraulikus sajtók eltolható asztala teszi lehetővé. 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, mert ez a szerszámfelülethez közeli rétegekben csökkenti a szélesedést. 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. 18 A kihajlás elkerülésére a duzzasztásra kerülő darab kiinduló magassága és az átmérője viszonya lágy szénacéloknál nem lehet nagyobb 3-nál, ötvözött acélok esetén pedig 2-nél. A duzzasztható darab legnagyobb hosszúságát az alakító gép lökete határozza meg. Kalapácson végzett duzzasztáskor minthogy a kalapács gravitációs jellegű alakító gép - a kiinduló darab magassága nem lehet nagyobb a teljes lökethossz háromnegyed részénél. Duzzasztáskor alapkövetelmény, hogy a darabvégek a hossztengelyre merőlegesek és simák legyenek. Ezt a feltételt

legbiztosabban esztergálással vagy fűrészeléssel lehet biztosítani A kovácstuskók fej- és lábrészét duzzasztás előtt általában mindenképpen el kell távolítani, mert a hibás részek belesajtolódnak az egészséges anyagba Ha valamilyen ok miatt nem tudják/akarják eltávolítani a fej- és lábrészt, akkor ezeket a részeket sapkával és gyűrűvel fogják meg, így gyakorlatilag nem kapnak alakítást (a) ábra). Másik lehetséges megoldás az, hogy a kovácstuskót duzzasztás előtt hengeresre nyújtják, a lábrészből csapot alakítanak ki, a felöntési fejet pedig levágják (b) ábra) Duzzasztás közben a csap egy gyűrűben áll. A csapot a későbbi műveleteknél fogónyulványként használ(hat)ják 3.3 Röviden az átkovácsolásról A szabadon alakító kovácsolás eddigi ismertetése során már többször volt szó az átkovácsolásról, arról, hogy az átkovácsolás mértéke összefügg a kovácsolt darab mechanikai tulajdonságaival. A

kovácsüzemi gyakorlatban az alakítás mértékét rendszerint az alakítás módjától vizsgálják, és az átkovácsolási számmal jellemzik. Az átkovácsolási szám 1-nél nagyobb, és az alábbiak szerint számítjuk: 19 Nyújtáskor: Duzzasztáskor: Az egymást követő alakítási műveletek eredő átkovácsolási számát a rész átkovácsolási számok szorzataként értelmezzük (ötvözetlen karbonacélok esetén összegezni is szokták): Az átkovácsolás következményeként az öntési szövet elroncsolódik, és az anyagban lévő salakés 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. Ezen mérőszámok alakulását mutatjuk be a következő ábrán (a szakítószilárdság és a folyáshatár kevésbé függ a szálasodástól és az alakváltozás mértékétől). Az átkovácsolási szám helyett talán célszerűbb az ε típusú mérőszámok használata (ε = ∆A/A0). Az alakváltozás mértéke és a keresztmetszet-változás között ugyanis lineáris az összefüggés, és a kisebb alakváltozási tartományban jobban jellemzi az alakítást. A kiinduló anyagra vonatkoztatott kezdő érték nem 1, hanem 0, ami jobban szemlélteti az alakítási viszonyokat. 20 A nyújtás mértékének meghatározásakor például az alábbi összefüggésekkel lehet áttérni az új mérőszámra (hasonlóan lehet a duzzasztás vonatkozásában is): A számításoknál fontos a vonatkoztatási keresztmetszetek pontos meghatárotzása. Gondoljunk például egy kúpos kovácstuskóra, ahol a darabot a

hossztengely mentén részekre kell osztani, s ezekre a részekre külön-külön kell kiszámítani a nyújtás fokát. A továbbiakban is mindig tudnunk kell, hogy a kész kovácsdarab egyes keresztmetszetei az öntött tuskó mely keresztmetszetének felelnek meg. Az átkovácsolási szám nem veszi figyelembe a darabban kialakult szálaknak az alakítás irányához viszonyított helyzetét, noha ennek nagy a jelentősége. A szálak iránya nyújtáskor (szélesítéskor, feltágításkor) mindig merőleges a szerszám mozgási irányára, és többnyire párhuzamos a munkadarab hossztengelyével. A szálírányra merőleges duzzasztás megkülönböztetésére be kell vezetni a keresztirányú duzzasztás fogalmát Keresztirányú duzzasztáskor az alakváltozás: illetve hengeres kovácsdarab keresztirányú duzzasztásakor: A szálirány és a különböző alapműveletek közötti kapcsolatot mutatjuk be a következő ábrán (a számításhoz ezek alapján kell a méreteket

figyelembe venni): a) Nyújtás b) Keresztirányú nyújtás 21 c) Duzzasztás d) Keresztirányú duzzasztás e) Szélesítés f) Tágítás tüskén Az ábrán fel nem tüntetett egyéb alakító műveleteknek (lyukasztás, hajlítás stb.) a hatása elenyésző a mechanikai tulajdonságokra, így ezek vizsgálata szükségtelen Szabadon alakító kovácsoláskor a munkadarabok a legtöbb esetben nyújtással és duzzasztással elkészíthetők. A duzzasztást általában azért alkalmazzák, hogy kis keresztmetszetű kovácstuskóból is megfelelő átkovácsolással lehessen előállítani a kovácsdarabot. Ennek érdekében különböző módszereket alkalmazhatnak: − az öntött tuskó duzzasztása, majd alakítás nyújtással, − egy kezdeti nyújtást duzzasztás követ, majd a kovácsdarabot nyújtással alakítják tovább, − a duzzasztást keresztirányú nyújtás követi. A duzzasztás és a nyújtás váltakozó, többszöri alkalmazásával elvileg

tetszőleges mértékű átkovácsolást lehet elérni, ennek ellenére az anyag mechanikai tulajdonságait - a kezdeti javulás után csak korlátozott mértékben lehet javítani. Ez látható a következő ábrán az ütőmunka példáján, ahol az egyes sávok felső éle a darab szélén, az alsó éle a darab közepén mért ütőmunkát jelzi. Míg a tisztán nyújtással alakított darab ütőmunkája mintegy 3,5-szörös átkovácsolásnál közelíti meg a maximumközeli (optimális) állapotot, addig előduzzasztást követő nyújtás esetén ez csak kb. 5,5szörös átkovácsolásnál valósul meg 22 Az ábra elemzése során levonható az a tanulság is, hogy a műveletenkénti átkovácsolási tényezők között különbséget kell tenni, a duzzasztás minőségjavító hatása ugyanis kisebb. Ha a minőségi követelmények a hosszirányú próbatestekre nagy értékeket írnak elő, akkor a közbeiktatott duzzasztás nélkül kell kovácsolni, illetve a

valamilyen okból szükséges duzzasztást 4.5-szörös nyújtás kövesse Ha viszont az előírások nem engednek meg jelentős anizotrópiát, csak kismértékű nyújtás kövesse a duzzasztást. 3.4 Lyukasztás A lyukasztást lyukasztó tüskével végzik, és 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) A lyukasztó tüske a könnyebb kiemelhetőség céljából kúpos kiképzésű A kiemelést gázképző anyag (pl. szén- vagy grafitpor) alkalmazásával is segítik Az előlyukasztás után a darabot 180°-kal átfordítják, majd a lyukat átszakítják. 23 A magas darabokat (kb. 1000 mm felett) és az ötvözött anyagokat üreges lyukasztó tüskével

lyukasztják. Ilyenkor kisebb a lyukasztó erő, ráadásul 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 felyezik be a lyukasztást. 3.5 Vágás és leszabás Vágással darabolják le a kovácsdarab kialakításához szükséges anyagmennyiséget, vagy ezzel távolítják el az anyagfelesleget. A vágás leget egy- vagy többoldali 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. A kétoldali vágásnál csak a vágóvasat használják, a vágást átfordítás után fejezik be. 24 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 3.6 Vállazás A vállazás éles vagy nagyobb mértékű átmenetek kialakításának segédművelete. Egyszerű nyújtással ugyanis nem lehet ezt az 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 nyakalás. A vállazás történhet egy, két és több oldalról Az egyoldali vállazásnál a betörés után elvégzik a vállazást, majd a nyújtás következik. A két- és többoldali

vállazást hasonló módon végzik, a vállazást követő nyújtást a kovácsdarab alakja határozza meg. A vállazó szerszámok ("vállazóvasak") alakja különböző lehet, és mindig a kovácsdarab vagy az átmenet alakja határozza meg használatukat 25 3.7 Áttolás Az áttolás olyan alakító művelet, amely egyrészt az anyagtakarékosságot, másrészt pedig a kedvezőbb szálelrendeződést segíti elő. Nézzünk példaként egy forgattyús tengelyt, ahol - amennyiben nem áttolással készítenék el a darabot - a méretű darab helyett egy A méretűből kellene kiindulni, ráadásul a sötét darabrészt utólagosan el kellene távolítani (pl. forgácsolással) Az áttolást elsősorban hidraulikus sajtón lehet elvégezni, 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 anyagigénybevételt okoz. 3.8 Hajlítás Görbe kovácsdarab alakításakor általában az utolsó művelet a hajlítás. A hajlítás általában a darabnak csak kis részére korlátozódik, és egy görbe vonal mentén történik A hajlítás néhány tipikus megoldását szemlélteti a következő ábra: 26 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 Mivel a keresztmetszet-változás során

keresztmetszet-csökkenés is bekövetkezik, ezért a hajlítási zónában a szükséges anyagfelesleget előre biztosítani kell. 3.9 Csavarás Csavaráskor a kovácsdarab egy részét a többihez képest meghatározott szöggel elfordítjuk. Ilyenkor a munkamenet úgy alakul, hogy a kovácsdarabot először egy síkban kovácsolják, majd - általában a műveleti sorrend végén - elvégzik a csavarást. 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 lelű tömbhöz 27 képest a másik kettőt 60-60°-kal elcsavarják. A csavaráshoz szükséges erőt a kovácsüzemekben mindig rendelkezésre álló daru biztosítja A csavarás szerszáma általában a fordítóvas, a villásfogó és a támasztóbak. A csavarás még a hajlításnál is jobban igénybe veszi az anyagot, ezért igen fontos a darab megfelelően nagy és homogén

hőmérséklete, valamint a csavarásra kerülő rész gondos előkovácsolása. Ezért a csavarási szög felső határa is korlátozott. Kényesebb kovácsdarabokon csavarás előtt gyakran forgácsolással meg is munkálják a felületeket 3.10 Kovácshegesztés Elsősorban gazdaságossági kérdés, hogy a bonyolult alakú kovácsdarabot részekre bontva kovácsolják, majd azokat kovácshegesztéssel egyesítik. A hegesztés hőmérséklete - természetesen az acél összetételétől függően - 1350 °C körül van. Általában a kis karbontartalmú acélok (mintegy 0,15% Ctartalomig) 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 erő hatására a hígfolyós salak kifreccsen a hegesztendő felületek közül. A következő ábrán bemutatott néhány hegesztési módszer sorában fokozatosan nő a hegesztési felület. A harmadik változat Y-alakban megnyitott része esetén azonban ügyelni kell a salakbezáródás veszélyére 28 4. FELMELEGÍTÉS ÉS LEHŰTÉS 4.1 A kovácsolás hőmérséklettartománya Az öntött tuskók szövete általában laza kristályos szerkezetű, ami miatt nem szabad az ilyen darabokat nagyon melegen kovácsolni. Noha a törekvés az, hogy a kovácsolás kezdő hőmérséklete a lehető legnagyobb legyen, ennek korlátot szab több tényező Például a fokozottabb revésedés, a dekarbonizálódás és a durvakristályosodás veszélye, az erőteljesebb nyújtási textúra kialakulása, az éleken jelentkező repedésveszély stb. 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. Az alakítási hőmérséklet megállapításakor természetesen figyelemmel kell lenni az acél összetételére is, mert a vas-karbon diagram jellemző pontjainak helyzetét a különböző ötvözők megváltoztatják. A ferritképző ötvözők például az A3 hőmérsékletet növelik, az ausztenitképzők pedig csökkentik Tapasztalatok szerint 900 °C alatt növekvő alakítási szilárdság mellett jelentősen csökken az alakíthatóság. Ha nagyon lecsökken a kovácsolás hőmérséklete, akkor a kis

karbontartalmú acélok ko29 vácsolásakor fennáll a durva szemcsés újrakristályosodás veszélye. Hipereutektoidos acélok alakításakor a kovácsolás befejező hőmérsékletét általában nem lehet az SE vonal fölött tartani, mert az irreálisan nagy érték lenne Ilyenkor ugyanis olyan szövet képződne, amelynek a folyáshatára és az ütőmunkája kicsi Esetenként ez a szövet utólagos hőkezeléssel javítható, a ferrites és ausztenites acéloknál azonban ez már nem lehetséges. Az SE vonal alatt befejezett kovácsoláskor a kivált cementit megnyúlik, és a darabban sorosan elrendeződik A kovácsolást követő hőkezeléssel a karbid- és ferritsorok megszüntethetők ugyan, de a salak- és dúsulási sorok megmaradnak, így megmarad maga a szálas szövet is. A megengedhető hőmérséklettartomány alsó határa közelében befejezett kovácsolás tehát kedvező mechanokai tulajdonságokat biztosít a kovácsdarab számára. Ezeket a tulajdonságokat

azonban a kovácsolást követő szabályozott lehűtéssel is lehet befolyásolni. A kis karbontartalmú ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok levegőn való gyors lehűtése kedvez a finomszemcsés szövet kialakulásának. Az erősen ötvözött acélokat azonban csak lassan, szabályozott hűtéssel szabad hűteni. A kovácsolás hőmérsékletén a legtöbb ötvözetlen és gyengén ötvözött acél egynemű kristályos állapotban van. Ez az egyneműség azonban csak látszólagos, mivel minden acélban van az ausztenitben oldhatalan nemfémes zárvány (oxid, szilikát, szufid), másrészt pedig az ausztenitben nem minden ötvözőelem oszlik el egyenletesen. A foszfor még többszörös alakváltozás után is megmarad a kristályosodáskor létrejött egyenlőtlen eloszlásban. A nemfémes zárványok közül a kovácsolás hőmérsékletén a szilikátok és a mangán-vasszulfid alakváltozásra képesek, az alumíniumoxid azonban rideg, ezért alakváltozás közben

széttöredezik. Ennek alapján az alakítás módja a zárványok alapján is felismerhető. A kovácsdarabokban a dúsulások az alakváltozás hatására megváltoztatják ugyan alakjukat, de viszonylagos helyzetük változatlan marad. Az 1%-nál nagyobb C-tartalmú ötvözetlen és gyengén ötvözött, valamint a karbidképző elemekkel erősen ötvözött 0,7.1,5% karbontartalmú acélok a kovácsolás hőmérsékleten heterogén szövetűek: az auszteniten kívül szekunder cementitet vagy karbidos eutektikumot is tartalmaznak Alakításkor a karbidkristályok alakváltozásra nem képesek, ezért az egész deformáció az ausztenitre korlátozódik, tehát azok alakváltozása nagyobb mértékű, mint a kovácsdarab átlagos alakváltozása Az ilyen acélok csak korlátozottan alakíthatók. A durva, öntött kristályos szövetű acél - függetlenül a kémiai összetételtől - ugyancsak korlátozottan alakítható. Az öntött, durva kristályokat a kovácsolás kezdetén

csak kismértékű alakváltozással szabad összetörni. Az acélok alakítási szilárdsága ilyenkor még kicsi, azonban a kristályok összetörésével fokozatosan növekszik 30 4.2 Az anyag felmelegítése A kiinduló anyag felmelegítése, annak körülményei a kovácsolás gazdaságosságát, teljesítményét és a kovácsdarab minőségét döntő mértékben befolyásolják. Melegítéskor egyrészt a teljes tuskó(buga-) térfogatban el kell érni a kívánatos mechanikai tulajdonságok, a gazdaságos energiafelhasználás, a minimális reveképződés stb által megszabott, vagyis a kívánt átlagos kiinduló hőmérsékletet, másrészt az anyagtérfogatban - hossz- és keresztirányban is - a hőmérséklet-különbségnek egy, az anyagminőségtől is függő határértéket nem szabad túllépnie, mivel ez a hőfeszültség, esetleg a rákövetkező alakítási feszültséggel szuperponálódva belső repedésekhez vezethet. Ezért nagyon fontos a melegítési

szabályok betartása. A melegítési folyamatnak az alábbi követelményeket kell kielégítenie: − rövid felmelegítési időtartam, − a káros melegítési feszültségek kiküszöbölése, − egyenletes hőmérséklet a darab teljes térfogatában, − minimális fajlagos tüzelőanyag-felhasználás, − egyenletes hőterhelés. A kiinduló darab felmelegítésére leggyakrabban nyílt lángterű kemencét használnak. Előnye ezeknek, hogy a legkülönbözőbb méretű és alakú darabok hevítésére alkalmasak, de használhatók a kovácsolás közben szükségessé váló utánmelegítésre is. A nagyobb darabokat kihúzható fenekű kemencékben melegítik A kemence szakaszos működésű, a fenekét kihúzható kocsi képezi, ami megkönnyíti a be- és kirakást Sorozatgyártáskor célszerűen használható a folyamatos működésű tolóvagy körkemence A kemencék szerkezeti kivitelét gyakran a melegített anyag minősége határozza meg. Ötvözött acélokat

például csak alacsony hőmérsékletű (450.650 °C) kemencébe lehet berakni, és a melegítésnek ezután is csak lassan szabad történnie (mintegy 800 °C-ig) Erre a célra a legjobban a tolókemence vagy egy célszerűen kivitelezett kétterű kamrás kemence felel meg, de egy jól szabályozott kihúzható fenekű kemence is szóba jöhet. Az acélműből a 3 t-nál nagyobb súlyú öntött tuskókat rendszerint melegen szállítják a kovácsüzembe, ahol azonnal vagy a kemencébe rakják, vagy előmelegített hőkiegyenlítő gödrökben tárolják. Amennyiben hideg tuskót kell felmelegíteni, többnyire a következő fokozatokban végzik el: 1. adott sebességű előmelegítés kb 800 °C-ig, 2. hőkiegyenlítés 800 °C-on, 3. készremelegítés a kovácsolás kezdő hőmérsékletéig, 4. hőntartás 31 A nagy súlyú öntött tuskók felmelegítése különösen nehéz feladat, mert a kívülről bevitt meleg nem juthat el akadálytalanul a tuskó belsejébe.

Melegítéskor a kemencében a hőátadás mindig a darab anyagára jellemző hővezetéssel összhangban zajlik le. Rossz hővezető képességű kovácsdarabok keresztmetszetében melegítés közben nagy a hőmérséklet-különbség és az ebből származó hőfeszültség is. A hővezető képesség az acélok összetételétől és a hőmérséklettől függ Az alábbi ábrából lártható, hogy a különböző összetételű acéloknál a hővezetési tényező 900 °C körül azonos. Ennél nagyobb hőmérsékleteken lassan emelkedik. Az ábra szerint tehát hővezető képesség szempontjából a különböző minőségű kovácstuskók melegítésének módja csak az előmelegítő szakaszban különbözik, készrehevítéskor már azonos lehet. Az acélokban a melegítéskor keletkező feszültségek káros hatása a folyáshatártól függ. Minél kisebb az acél folyáshatára kis hőmérsékleten, illetve minél gyorsabban csökken melegítéskor, annál kevésbé

reped. Az acélok folyáshatára 500600 °C körül hirtelen csökken Ha az előmelegített tuskó belső része elérte ezt a hőmérsékletet, akkor ettől kezdve már nagyobb sebességgel melegíthető repedésveszély nélkül. Ugyancsak óvatosan kell melegíteni a térfogatváltozás miatt az α − β átalakulási tartomány hőmérsékletén. Az alábbi ábra néhány acélminőség folyáshatár-görbéjét szemlélteti 32 Az acélokban lévő hőfeszültség a hővezető képességtől és a folyáshatártól függ. Mivel ezeket a tényezőket az acél ötvözőtartalma határozza meg, az acélok repedéssel szembeni ellenállása az ötvőelemek mennyiségétől és minőségétől függ. A különböző összetételű acélokat a hőfeszültség iránti érzékenység szempontjából az acélok karbonegyenérték-száma alapján csoportosítják: Az összefüggés az alábbi maximális ötvözőelem-tartalmakig érvényes: C = 0,9% Mn = 1,1% Cr = 1,8% Mo = 0,5% Ni =

5,0% V = 0,25% Si = 1,8% W = 2,0% Ti = 0,5% Al = 2,0% Az összefüggés olyan acélokra érvényes, amelyeknek nagy az α − β átalakulási tartománya. Az acélokat karbonegyenérték-számuk alapján öt csoportba sorolják, az átalakulás nélküli acélok külön csoportot alkotnak. A rozsdamentes Cr- és a nagy szilárdságú Mn-acélok öntött állapotban repedésekkel szemben kevésbé ellenállók, mint ahogy az a karbonegyenérték-szám szerinti besorolásból adódik A karbonegyenérték-szám szerinti csoportbeosztás: 1. csoport Ck<0,55 2. csoport Ck<0,75 3. csoport Ck<0,95 4. csoport Ck<1,3 5. csoport Ck>1,3 Az acélok felmelegítésének módja a fajhőtől is függ. Különböző karbontartalmú acélok fajhőjének alakulását mutatja be a következő ábra Mint látható, az acél összetételének nincs különösebb hatása a fajhőre 33 4.3 A kovácsdarabok hűtése A kovácsolt darabok lehűtése az alakítás befejező

hőmérsékletéről gyakran fontosabb feladat, mint a kiinduló darab felmelegítése. A hűtéskor keletkező selejt ugyanis lényegesen költségesebb, mint az alakítás előtti, illetve alakítás közbeni selejt. Lehűléskor a darab keresztmetszetében a hőmérséklet-eloszlás egyenlőtlen. A külső rétegek hőmérséklete kisebb, a belső rétegek, a mag melegebb. Ennek megfelelően a darab külső része jobban zsugorodik, mint a belső részek, ezért a darab külső részén húzó-, belső részén pedig nyomófeszültségek keletkeznek. Ez a jelenség elsősorban kemény és kevésbé képlékeny anyagok gyors lehűlésekor kívülről induló repedéseket okozhat. Gyakran előfordul, hogy a munkadarab homlokfelületén is keletkeznek repedések. Ennek oka lehet például a γ − α átalakulással járó térfogatváltozás is. A húzófeszültségek maximumai a kisebb felületi repedések, bekovácsolt reve, felületi egyenetlenségek helyein keletkeznek. Repedések

rendszerint az erősen változó méretű kovácsdarabok nagyobb vastagságú helyein keletkeznek A felületi repedések mellett másik nagy veszély a belső repedések keletkezése. Ezek mikrorepedések, amelyek pelyhek formájában jelentkeznek - elsősorban nagyobb méretű kovácsdarabok hűtésekor. A pelyhességet az acélban visszamaradt oldott hidrogén okozza A vas hidrogénoldó képessége a hőmérséklettől és a hidrogén parciális nyomásától függ. Az acél hidrogénoldó képessége lehűlés közben csökken. A diffúzióhóz szükséges idő az út négyzetével arányosan emelkedik, ezért a nagy kovácsdarabokból csak nagyon hosszú idő alatt távolítható el az összes hidrogén. A pehelyképződés elkerüléséhez nagyon lassú hűtést kell alkalmazni A hidrogénkiválás a 200 °C-ról szobahőmérsékletre történő lehűléskor jelentkezik A pehelyképződést a kovácsolás körülményei is befolyásolják. Különösen az átkovácsolás

mértéke hat a pehelyképződésre Üzemi tapasztalatok szerint minél nagyobb az átkovácsolás mértéke, annél kisebb a pehelyképződés veszélye. A szabályozott lassú hűtés a következő módokon valósítható meg: 34 − szabályozható kemencében, − fűtött gödörben, − gödörben vagy szekrényben, hőszigetelő anyaggal takarva, − gödörben máglyába rakva, − szabadon hűtés, egyenként vagy máglyába rakva. Minél nagyobb méretű és/vagy ötvözött a darab, annál fontosabb a hűtés szabályozhatósága. Ezért a legjobb a kemencében végzett hűtés, mert a hűlési sebesség jól vezérelhető. Hátránya, hogy nagy kemenceparkot igényel, emiatt költséges. Berakáskor a kemence hőmérséklete 600700 °C, és hőkiegyenlítés miatt 1-2 óráig ott is tartják, majd a fűtést kikapcsolják, és zárt ajtók mellett hűtik. A kemencét és a kovácsdarabo(ka)t kb. 100 °C felületi hőmérsékletig hűtik, majd a hűtést 4-5 órán

keresztül nyitott ajtók mellett végzik A fűtött gödör tulajdonképpen egyszerűbb mélykemencéhez hasonló, ezért a módszer hatásossága a kemencében való hűtéssel összevethető, ráadásul kevésbé költséges. A gödröket gáz- vagy olajégőkkel, néha széntüzeléssel melegítik A hűtési görbe hasonló a kemencében végzett hűtéshez A lassú hűtés egyik bevált eszköze a hőszigetelő anyaggal borított hűtőgödör. Hőszigetelő anyagként homokot, kovaföldet, hamut vagy salakgyapotot, néha tűzállótégla-törmeléket használnak. Fontos a szigetelőréteg vastagsága: a gödör fenekén legalább 150 mm, a kovácsdarabok tetején legalább 50 mm legyen. A kovácsdarabok hőmérsékletének alakulását hőelemekkel ellenőrzik Hátránya a módszernek, hogy a be- és kirakás erős porzással jár, ami szennyezi az üzem levegőjét. Ha nincs az üzemben hűtőgödör, akkor a darabokat máglyába rakva hűtik. A máglyák oldalát lemezekkel,

tetejét hőszigetelő anyaggal borít(hat)ják. A legkezdetlegesebb módszer az üzem padozatára helyezett kovácsdarabok szabad levegőn való hűtése Lehetőleg kerülni kell, csak kis méretű és ötvözetlen anyagok hűtésekor használható. Ilyenkor is ügyelni kell arra, nehogy vizes felületre és huzatos környezetbe kerüljenek a darabok 5. A SZABADALAKÍTÓ KOVÁCSOLÁS GÉPI BERENDEZÉSEI Szabadonalakító kovácsoláskor a kalapácsok és a hidraulikus sajtók jöhetnek szóba alakító berendezésként. A kalapácsok munkától, a hidraulikus sajtók erőtől függő berendezések 35 5.1 Az alakító gépek kiválasztása A kalapácsok nagy ütésszámuk miatt különösen kisebb darabok szabadalakító kovácsolására alkalmasak. A kalapács előnye az, hogy a darab kovácsolás közben csak rövid ideig érintkezik a szerszámmal, ezért emiatt nem hűl le túlságosan Ugyanakkor a darab felületén képződő reve az ütések és az alakváltozás hatására

lepereg a darabról. A kalapácsok hátránya a viszonylagosan kis hatásfok és a költséges alapozás. Nagy darabok kovácsolására a kovácssajtók előnyösebbek, mert az egyenletes, nagy nyomások következtében a kis alakítási sebesség ellenére rövid műveleti időket biztosítanak. A hidraulikus sajtókon elmaradnak a kalapácsokra jellemző dinamikus lökések, minek következtében egyszerűbb az alapozás Tendencia, hogy nagyobb darabok kovácsolásakor a kalapácsokat egyre jobban háttérbe szorítják a gyorsjáratú hidraulikus sajtók Tapasztalati adatok szerint a kovácsolt darab vastagsága és a használatos kalapács medvetömege közötti összefüggést a következő ábra szemlélteti. A kovácsüzemben ilyen ábrából állapítják meg az adott kalapácson nyújtható darabvastagságot. A hidraulikus kovácssajtókhoz készült ábrán a kovácstuskó átmérője és a sajtó nyomóereje szerepel a két tengelyen. 36 Hasonló jellegű ábrák

készültek a kovácsolható darabszélességek vonatkozásában is. A kalapácsoknál a medvetömeg, a sajtóknál a nyomóerő szerepel a függőleges tengelyen 5.2 Kalapácsok A szabadalakításra alkalmas kalapácsoknak sok változata létezik. Egyik lehetséges felosztásuk: 37 − mechanikus kalapácsok: − rugós kalapácsok, − légpárnás kalapácsok, − gőz-légkalapácsok: − egyállványos kalapácsok, − kétállványos kalapácsok, − hídállványos kalapácsok. A rugós kalapácsok jellemzője az, hogy egy forgattyús hajtómű mozgását egy rugóköteg közvetítésével viszik át a medvére. Ezáltal a hajtó mechanizmus mentesül az ütéskor keletkező dinamikus lökésektől, ráadásul a rugó behajlása révén kezdeti lendületet ad a medvének, azaz növeli az ütési energiát. Legelterjedtebb rugós kalapács az ún. Ajax-kalapács A laprugó-köteget (1) egyik végén a medvéhez (2), másik végén a hajtórúdhoz (4) erősítik A

lökethosszat a mozgató excenter (5) állításával lehet módosítani. A főtengely egyik végére egy laza és egy ékelt szíjtárcsát (6), a másik végére lendítőkereket (7) szerelnek A hajtó lapos szíjat (8) lábpedállal (9) mozgatott szíjterelő villával tolják át az ékelt tárcsára, ekkor kezd a kalapács működni. Minél inkább áttolják a szíjat az ékelt tárcsára, annál nagyobb lesz a főtengely fordulatszáma, illetve a kalapács ütésszáma. A rugós kalapácsok ütési energiája a főtengely fordulatszámától függ A légpárnás kalapácsok is forgattyús hajtóműről kapják a hajtást, de itt a forgattyús hatómű és a medve közötti rugalmas kapcsolatot légpárna biztosítja. A kalapács medvéje függőleges hengerben mozog, amely henger szelepeken keresztül összeköttetésben áll a forgattyús hatóművel kapcsolt dugattyúval és a légsűrítő hengerterével. A szelepek állításával lehet szabályozni a kalapács

működését, az ütési energiát, az ütés helyét, vagy akár a medve megállítását adott helyzetben. A hajtó főtengely és a hajtómű elrendezése szerint párhuzamos hengerű (a) ábra) és szögben elhelyezett hengerű kalapácsokat (b) ábra) különböztetünk meg. Ha a hengerek egymással párhuzamosak, akkor a rendelkezésre álló hely korlátozott volta miatt a hajtó főtengelyt végforgattyúval kell ki38 alakítani, ami kisebb mértékben terhelhető, mint a ferdehengeres elrendezéshez tartozó és két oldalon csapágyazott forgattyús tengely. A gőz-légkalapácsok a legelterjedtebb alakító berendezések a kovácsüzemekben. Közös jellemzőjük a hengerben mozgó dugattyúhoz kapcsolt medve, amit a henger alsó terébe vezetett 68 bar nyomású gőz vagy sűrített levegő emel. Ütéskor a gőz-légkalapácsok hengerének felső terébe is vezethetnek gőzt, illetve sűrített levegőt, ilyenkor a lefelé mozgó medve gyorsulása a nehézségi

gyorsulásnál nagyobb lesz, illetve az ütési energia is nagyobb lesz A gőz vagy sűrített levegő munkahengerbe való vezetését, annak módját, tulajdonképpen a kalapács vezérlését általában tolattyús vagy szelepes vezérművel oldják meg. Szabadalakító kovácsoláskor fontos követelmény, hogy a kalapács állványzata olyan kialakítású legyen, hogy alatta megfelelő tágas hely legyen. Az állvány kialakítása szempontjából beszélhetünk egy- és kétállványos, illetve hídállványos kalapácsokról. Az a) ábra szerinti egyállványos szerkezet biztosítja a legnagyobb helyet a kovácsüllő körül. A tőkét az állványtól függetlenül alapozzák, ezért az ütéskor fellépő dinamikus erőhatások a kalapácsállványt nem terhelik. Hátránya az, hogy az előre nyúló kalapácsállvány nagy medvét illetve hengert nem bír el, ezért az egyállványos kalapácsokat mintegy 80 kJ-nál nagyobb ütési energiával nem építenek. A

kétállványos szabadalakító kalapácsok (b) ábra) íves állványszerkezettel rendelkeznek, ami nagy merevséget biztosít, ezért nagy medvetömeggel készülhetnek. A kalapácsállvány lábainak terpesztésével az üllő körül a kovácsoknak elegendő helyet lehet biztosítani A henger és a felső tartó közös öntvényt képez, amelyet a két állványhoz zsugorgyűrűk kapcsolnak. A kalapács merevségét az állványfeleket összefogó erős vonórudak biztosítják A hídállványos kalapácsszerkezet (c) ábra) kialakítását is az üllő körül megkívánt tágasabb hely indokolta A kalapácsot acéllemezből készült hídszerkezetre építik, a hídszerkezetet pedig két öntött vagy szege39 cselt oszlopra helyezik. A megoldás előnye, hogy az üllő minden oldalról jól hozzáférhető A medve vezetéke a hídról lenyúlik, hogy a medvét a teljes löketén vezesse. a) b) c) 5.3 Hidraulikus kovácssajtók A szabadonalakító kovácsüzemekben a

nehéz, nagy darabokat hidraulikus sajtón alakítják. A sajtó jellemző adata az általa kifejthető alakítóerő. A hidraulikus sajtókat négyállványos, kétállványos vagy zártkeretes kivitelben építik. Régebben kis nyomóerejű sajtókat egyállványos kivitelben is terveztek, ezek állványa az egyállványos gőz-légkalapácsokéra emlékeztet A hidraulikus sajtóknak a kalapácsokkal összevetve több előnyük is van: − az alakító erő a sajtó zárt keretét veszi igénybe, az alapozást csak a gép önsúlya terheli; − a kisebb alakítási sebesség (0,1.2 m/s) következtében kisebb az alakítási szilárdság, így azonos alakváltozás kisebb erővel valósítható meg, mint kalapácsokon; − egyszerűbb és kevésbé balesetveszélyes a gép kiszolgálása, működtetése. A négyoszlopos kovácssajtók általában 5.400 MN sajtolóerővel készülnek Az alábbi ábra az egyhengeres, négyoszlopos hidraulikus sajtó szerkezetét mutatja be. A sajtó

főbb elemei: hidraulikus préshenger (1), dugattyú (2), a felső (3) süveggerenda, az alsó süveggerenda (5) az alsó szerszámmal, a nyomóalap (6) a felső szerszámmal, az oszlopok és anyák (4), valamint a visszahúzó szerkezet (7.10) 40 A hidraulikus sajtó üzeme a következő műveletekből tevődik össze: − Alapállás. A nyomólap a felső kiinduló helyzetben áll − Előnyomás (töltés). A nyomóasztalt a munkahengerbe vezetett 1012 bar nyomású töltővízzel lefelé mozgatják mindaddig, amíg a szerszám el nem éri a kovácsdarabot − Sajtolónyomás (munkalöket). A munkahengerbe vezetett nagynyomású vízzel (200400 bar) elvégzik a darab alakítását. − Visszahúzás. A nyomóasztalt a visszahúzó szerkezettel a felső kiinduló helyzetbe emelik A régebbi típusú, felső építésű hidraulikus sajtók helyett szívesen használják a két oszlopos, alsó működtetésű hidraulikus sajtókat, mert alacsonyabbak, így a kovácsüzemet

kiszolgáló darupálya alacsonyabban építhető. Az alábbi ábra a) része egymás mellett mutatja be a két konstrukció arányait Az alsó munkahengeres sajtók újabb típusa a zártkeretes állványszerkezetű sajtó (b) ábra), ahol a két oszlopot négyszögletes keresztmetszetű zárt keret helyettesíti. a) b) 41