19

2.2.7.О тврдоћи и предгрејавању калупа. Калупи за топли рад примењују се код челичних откивака треба да буду након каљења опуштени на тврдоћу од 45 до 50 Rc. Пре почетка рада треба их предгрејати на 250–300°C. 2.2.8. Ковачке машине

Све ковачке машине за пластично обликовање можемо с обзиром на

њихову конструкцију и начин рада произвољно поделити:

1 — на чекиће, 2 — на пресе, 3 — на хоризонталне ковачке машине.

У оквиру тих група постоје конструкције које су одређене само за

слободно ковање, као и конструкције за ковање у калупима . Значајније разлике између чекића и преса јесу: код чекића је брзина маља у тренутку удара 4 до 7 m/s, због чега су и брзине деформације на чекићима неколико пута веће него нпр. на фрикционим и коленастим пресама, а много веће него на спорим хидрауличким према. При ковању у калупима је задржавање обликованог метала у калупу на чекићима краће него на пресама, што повољно утиче на век трајања скупог калупа.

С друге стране, снажни ударци чекића по калупу не могу повољно утицати на век трајања калупа. Исто тако су вибрације наковња, затим маља и околине, које изазивају ударци тешких чекића, њихова слаба страна. Мирнији рад преса, тачније вођење маља и алата важан су предуслов за бољу тачност откивака и дужи век трајања калупа, поготово оних са више гравура и предгравура. Једноставно и брзо скидање окујине с неколико удараца маља по материјалу пре стављања у калуп такође је важна одлика и предност чекића при ковању у калупима. Коначно, са становишта конструкције чекићи су јефтинији од преса за исте учинке., али је зато фундамент код тежих батова сложенији и скупљи. 2.2.9. Чекићи

Према начину на који се покреће маљ разликујемо механичке3 пнеуматске и парне чекиће. Од механичких чекића много се употребљавају полужни чекићи и чекићи на даску, на ремен или на ланац. Слика 30. показује честу конструкцију полужног тзв. перног чекића, код којег је радна полуга изведена од челичних ламела. Штап, која повезује ту полугу с ексцентром и изводи њено заокретање такође је изведен од челичних трака тако да дјелује сигурно. Ти чекићи се граде за тежине маљева од 40 до 250 кп као и за 300, односно 120 удараца у минуту. Врло су подесни за слободно ковање изразито плитких предмета, као што су разни ножеви, длета, турпије и остали алат за домаћинство и пољопривреду.

20

Слика 29. Полужни перни чекић

На Слици 30. дат изглед чекића с даском. Ексцентрично улежиштени

ваљци вуку даску с маљем на горе, а кад се размакну, маљ слободно пада.

Слика 30. Чекић са даском

21

Слика 31. Дворедни чекић потискиван Слика 32. Противударни систем чекића компримованим ваздухом или воденом паром Висина падања може се мењати према потребама. Тиме се мења и брзина у

тренутку удара и енергија ударца. Помоћу посебне кочнице, која захвата даску, маљ се може задржати на било којој висини. Чекићи се граде за тежине маља од око 40 до 1000 кп и за енергије ударца од 40 до 1600 kpm. Висине подизања код тих чекића износе 900 до 1500mm. За ковање у калупима предвиђено је врло прецизно вођење маља. Предност тих чекића је једноставна конструкција и лако одржавање. Нормирани су према DIN 55160. Сличне конструкције су и чекићи на ремен који се према DIN 55159 граде за тежине маља од 100 до 2500 kp, а за енергију удараца од 100 до 4000 kpm. Слика 31. показује конструкцију дворедног чекића, код којег се и дизање и спуштање маља изводи уз помоћ компримованог ваздуха или водене паре, који се преко разводника уводе у цилиндар, час са горње, час са доње стране клипа. Лакши ударци постижу се падањем маља са мање висине. Ово се добија одговарајућим заокретањем разводних органа који ће променити почетак пуштања и количине ваздуха, односно паре а тиме и изглед дијаграма притиска изнад и испод клипа. На Слици 32. дата је конструкција противударног система чекића, који се разликује од осталих система по томе што уместо мирног и тешког наковња има покретан противмаљ, приближно исте тежине који се креће са горњим маљем истом брзином, али супротним смером. Горњи и доњи маљ повезани су међусобно преко челичних трака, а код великих јединица повезани су хидрауличним путем, што је повољније. Због трошења шабота та је конструкција за исте учинке лакша и јефтинија од осталих и данас све чешће замењује тешке јединице других система ваздушних и парних чекића са наковњем. Брзине маљева

22

код противударних чекића релативно су ниже и износе око 3 м/с. Служе само за ковање у калупима, а погон им је или на компримовани ваздух или на водену пару. DIN 55158 обухвата величине тих чекића с енергијом ударца од 8 000 до 100000кпм, док највећи до данас изграђени противударни бат има већу енергију удараца од 150000 kpm.

Потрошња ваздуха за погон дворедних противударних ваздушних чекића зависи од притиска и температуре компримираног ваздуха као и од величине чекића. За компримовани ваздух од 6 до 7 степени собне температуре тај утрошак износи по 1 пуном ударцу: дворедни чекићи од 5 Мpm енергије удараца око 0,8 -0,9 m3 дворедни чекићи 10 Мpm ,, ,, „ 1,5-1,8 „ противударни 20 Мpm ,, ,, „ 2,8 ,, чекићи 50 Мpm ,, „ „ 6,5 „

Ако се ради са предгрејаним ваздухом на 220 —250°C, утрошак ће бити

мањи и износи ће приближно само 60% од наведених вредности за хладни ваздух. За одређивање потрошње ваздуха по 1 минуту може се рачунати са 6 —7 пуних удараца чекића у минути при ковању у калупима.

Слика 33. Дворедни ваздушни чекић за слободно ковање

На Слици 33. показана је често употребљавана конструкција дворедног

ваздушног чекића за слободно ковање, са сопственим компресором, који производи потребан ваздух доста ниског притиска до највише 3 atp. Према TGL 3153-56 чекићи се граде као једноконзолни за тежине маља од 50 до највише 1 000 kp за енергије удараца од 63 до 2 500 kpm, с највећим подизањем од 250 до 900 mm. Сличну класификацију даје и GOST 712 - 52.

Слика 34. показује изглед великог парног чекића за слободно ковање гломазних откивака који захтевају много простора око наковња. Пара из парног котла разводи се на начин као код дворедних парних машина. Велико пуњење цилиндра, с којим се овде обично ради код тешких удараца, често прекидани рад

23

и дуготрајни застоји узрокују врло неповољну потрошњу паре и топлоте тако да је степен топлотног деловања далеко испод оног код стационарних парних машина. Веће јединице тих чекића граде се према TGL 3329 за енергије удараца од 4 000 до 25 000 kpm, односно за тежине покретних делова (маљ + клип + клипњача) од 1 000 до 10000 kp, док стварно изведене јединице имају тежине и од 15 000 kp, а постоје и још веће од преко 30 000 kp.

Слика 34. Парни чекић за слободно ковање

2.2.10. Искористивост ковачких чекића Од енергије маља у тренутку сраза преноси се на ковани предмет само један део, који се за батове са мирнијим наковњем може у процентима теоријски одредити на основу формуле:

24

То је идеална искориштеност која ће како се види, бити већа што је тежина

G2 релативно већа према тежини G1. Код ковачких батова обично је G2 = 10 G1 до 20 G1 па би према томе било η = 90 до 95%, што је свакако врло добро. Ако се узму обзир и сви они губици енергије које требало савладати на путу од електромотора до тренутка удара укупан степен деловања чекића је значајно нижи, али и свакако приближно зависан од система и величине чекића. Код неког чекића са даском који слободно пада због једноставности конструкције ти губици су мањи него код неког ваздушног чекића са сопственим компресором. У којим границама се укупна искористивост креће код појединих система чекића показују ови подаци:

• перни чекићи η = 30 — 40% • чекићи на даску η = 40 — 60% • ваздушни чекићи са сопственим компресором η = 15 — 20%.

2.2.11. Пресе

За процесе обликовања у ковачницама служе хидрауличне, фрикционе и

коенасте преше. Хидрауличне пресе - служе искључиво за слободно ковање већих и тежих

откивака, за ковање у калупима, за скидање поруба и за тзв. радове у лиму, као што је пресовање лимених отпресака, извлачење дна и слично. С обзиром на то постоје меду њима одговарајуће конструктивне разлике. За све конструкције преса ипак су заједничке особине мале и једнолике брзине кретања покретних делова пресе и алата, миран рад. нижа производност и виша набавна цена релативно према чекићима. Пресе за слободно ковање употребљавају се првенствено за тешке откивке, да би се избегли претешки чекићи, и искључиво за ковање осетљивих материјала слабије пластичности, који не подносе ударце и пренагле промене облика. При ковању у калупима хидрауличне пресе служе првенствено за ковање дубоких шупљих откивака чахурастог облика, са прирубницама или без њих, цевних разводника и слично, где се, дакле, ради о дубоком убадању, од утискивања, истискивања и извлачења, које се операције искључиво спроводе спорије и за које чекићи не би били прикладни а ни због свог ударног деловања као и због дугих ходова алата који су код таквих врста откивака потребни. Такође и због сложености алата за те сврхе, често са уграђеним избацивачима, боље погодује миран рад пресе. При топлом ковању у калупима потребно је скинути осидни слој са материјала пре операције на преси. За скидање поруба са откивака већих димензија и сложенијег облика, кад обичне ексцентарске пресе више нису довољне јер су потребне силе од 400 до 1 500 Мp, радо се примењују хидрауличке пресе које мирно делују.

Пресе за слободно ковање граде се обично за силе од 5 000 Мp, а оне највеће и за 15 000 до 30 000 Мp. За ковање у калупима довољне су мање пресе до 2 000 Мp. Слика 35. показује тип ковачке хидрауличне пресе с једним цилиндром и два мала цилиндра за враћање, тј. за отварање калупа. На преси је предвиђен и уређај за избацивање откивка из калупа, што је на карају потребно за дубоке

25

откивке. Између пресе и пумпе високог притиска често је укључен тзв. хидраулични акумулатор у којем се сабира потисна течност за време док преса не ради или док мало троши течности. На тај начин излази се с мањом и јефтинијом пумпном станицом и постиже једноличније оптерећење. Притисак течности износи обично 200-250 атмосфера, што у случају великих потисних сила нужно доводи до превеликих димензија главног цилиндра, односно захтева прелаз на више мањих цилиндара, прикладнијих за израду и транспорт.

Слика 35. Ковачка хидраулична преса с једним цилиндром

Фрикционе пресе за ковање у дводелним калупима, али само с једном

гравуром, врло често се користе за ковање разноврсних сворњака, заковица, вретенастих тела зупчаника, који се израђују сабијањем шипкастих комада у вертикалном положају, у затвореним калупима без канала за поруб, и то онда ако се потребна преобликовања могу постићи у највише две операције. Свака операција изводи се не само у посебном калупу већ и у другој сусједној преси. Калупи за те сврхе редовно имају уграђене избациваче.

Слика 36. Фрикциона преса Слика 37. Колeнаста преса

26

Слика 36. показује најчешћи тип фрикционе пресе, са два вертикална додирна диска и једним хоризонталним диском који се налази на навојном вертикалном вретену с трапезним навојем. Вертикалне дискове повезује хоризонтална осовина, коју покреће електромотор, а она се помоћу ручице толико померити улево и удесно да ће за кретање маља на доле хоризонтални диск доћи у контакт са левим вертикалним, а за кретање на горе са десним вертикалним диском. Брзина маља мења се континуирано са његовим висинским положајем, а највећа постаје у најнижем положају маља, тј. у тренутку удара. Са становишта обликовања то је пожељно и корисно. Велике јединице тих преса имају понекад уместо једног диска за дизање два мања што повољно мења дијаграм брзине маља на горе. Да би се избегло клизање, крај хоризонталног диска пресвучен је кожним или гуменим каишом. Фрикционе пресе служе у ковачницама за ковање у калупима и данас се граде за притиске од 40 до 1 500 Мp, с енергијама удараца од којих 130 до 15000 kpm. Основне параметре тих преса даје GOST 713 — 49.

Слика 37. показује шематски изглед коленасте пресе, које се данас у масовној производњи сложенијих откивака у калупима све чешће употребљавају уместо чекића. Кретање електро-мотора прцноси се преко редуктора и спојнице на коленасту осовину, која има за ту сврху, већ према величини пресе, једно до два колена. Добро водени маљ спојен је с коленима преко солидно димензионираних спојница. Код тих преса треба пазити на правилно дистанцирање алата у најнижем положају маља да не би дошло до недопустиво високог преоптерећења радних елемената пресе. Посебна конструкција додирне ламелне спојнице делује у случајевима таквих преоптерећења и као сигурносни осигурач, који ће заштитити пресу и њене елементе од превеликих деформација и лома. Пресе тог типа за ковачке сврхе граде се према GOST 6809 — 53 за номиналне силе од 630 до 8 000 Мp, с ходовима маља од 200 до 500 mm те с бројем ходова од 90 до 35 у минуту. 2.2.12. Хоризонталне ковачке машине

У производњи откивака служе два типа тзв. хоризонталних ковачких машина. Један, конструктивно једноставнији, служи само за одредене предоперације, као што су савијање шипке, убадање, утискивање, сабијање и задебљавање краја шипке, проширивање цеви и томе слично, или само за одређену завршну операцију на готовим откивцима. Други, конструктивно нешто сложенији тип тог строја служи за производњу великог низа артикала за потребе машинске индустрије као што су, на пример, разни сворњаци, вентили., спојке и полуге, цевне спојнице, дакле артикли који се израђују од шипке, односно од шипкастог материјала. Преобликовање материјала у завршни облик откивка спроводи се постепено у више гравура урезаних у дводелном калупу. Сви жигови који изводе та постепена преобликовања уграђени су у носачу, који се покреће улево и удесно, а кретање добија од главне коленасте осовине.

Кретање жигова повезано је с калупом тако да се за време враћања жигова калуп аутоматски отвара} а комади ручно пресељавају у следеће суседне гравуре. . Машина ради као полуауторнат па је стога рентабилна само за великосеријске производње. Ситнији артикли, односно мањег пресека, раде се на хладно. Те се машине граде за силе сабијања отприлике до 3 000 Мp, за промере шипки од само неколико мм па до 200 мм, те за ходове жигова од 80 до 380 mm. Снага погонског електро-мотора је отприлике 7кW за притиске од 100 Мp и пење се на 135 кW код

27

највећих јединица за притисак од 3000 Мp. ГОСТ 7023 — 56 даје основне параметре и димензије, и то за онај једноставни тип машине за одређене ковачке предоперације, у топлом стању.

Слика 38. Хоризонтална ковачка машина а) и б)

Слика 40. Хоризонталне ковачке машине 2.2.13. Рачунско одређивање величине чекића и пресе

Правилан избор величине ковачке машине за неку задату ковачку операцију има практичну вредност и са становишта технологије и са становишта рентабилности поступка. Рачунско одређивање потребне величине чекића или пресе полази од одређивања потребне енергије ударца за задату деформацију. То је прилично сложени задатак, који се може решити само са становишта мање-више произвољне претпоставке. На пример, при одређивању тежине чекића треба претпоставити број удараца којим ће се обавити задата деформација, затим који

28

од тих удараца треба да буде најтежи и колика се деформација њиме обавља и, коначно, са које висине чекић пада. Разумљиво је да ће при томе пресудан утицај имати почетни облик и димензије материјала и завршни облик и димензије готовог откивка. Осим тога. важна је температура ковања и механичка својства кованог материјала при тој температури. Према подацима руске литературе може се за ковање у калупима употребити овај израз за одређивање потребне тежине бата Г у кп:

σТ = чврстоћа материјала при дотичној температури ковања у кп/мм2; те се вредности крећу од 5 до 10кп/мм2 за мекане и средње врсте челика Д = промер откивка без поруба у цм.

Тај израз важи за дворедни чекић са компримованом ваздухом или чекић на пару и за висину падања маља од 1,25 m. У том изразу уважен је осим тога и пресудан утицај брзине деформације и претпостављен одређени облик и димензије поруба. За неокругле облике откивака треба најпре одредити одговарајући тзв. редуцирани промер откивка DТ из израза:

Затим се из наведене једначине нађе за тај Dр тежина чекића G за округли откивак, док ће за стварни неокругли и тежина бити нешто већа и одреди ће се из израза:

За одређивање величине пресе за ковање у калупима препоручује се аналогни израз за потисну силу F у кп:

22.14 Ковачке пећи

С обзиром на сврху којој служе можемо пећи у ковачкој производњи поделити:

1 — на пећи за загревање кованог и пресованог материјала, 2 — на пећи за нормализацију откивака и отпресака, 3 — на пећи за предгреавање калупа, 4 — на пећи за опуштање напона.

Према извору топлоте делимо их на пећи на чврста, текућа, плинска горива и на електро-пећи.

Пећи за загреавање материјала и за нормализацију откивака и отпресака захтевају релативно више радне температуре и најчешће се ложе неким текућим или плинским горивом.

29

Пећи за подгревање калупа, на температуру од највише 350 C, чешће се израђују као електроотпорне, а одликују се лакоћом тачне и брзе регулације температуре, непромењеном атмосфером у ложишном простору пећи и чистоћом погона.

Даље се деле на тзв. коморне и на тунелске или проходне пећи. Према броју комора разликујемо једнокоморне и двокоморне пећи.

Што се тиче температурног режима у сложеном простору, разликујемо пећи са само једним тј. високо температурним режимом, и пећи с два режима: ниско температурни режим за постепено предгревање материјала и високо температурни режим за загревање предгреаног материјала на завршну температуру. Коморне, а поготово проходне пећи, граде се врло често са два температурна режима, било у истом или у посебно одвојеним ложишним просторијама. Греање материјала премешта се ручним пребацивањем или механичким путем помоћу специјалних потискивача транспортних трака, окретних столова и другог. Често се употребљава покретљиви под пећи на колицима, првенствено за теже и гломазније откивке, јер то олакшава уредније слагање и вађење, а редовно омогућује и боље искоришћење радне површине пода пећи.

Уграђивањем грејача ваздуха за сагоревање постиже се боље искориштење топлоте врућих излазних гасова сагоревања, виша температура у ложишном простору пећи а стога и повољнији степен топлотног деловања пећи, па се зато редовно употребљава код већих јединица и трајног погона.

Слика 39. приказује једнокоморну ковачку пећ с помичним вратима и пређгрејачем ваздуха. Као гориво овде служи мазут. Да капљице распршеног горива не би падале директно на метал, горионици су погодно смештени у горњи простор пећи. Ваздух за распршивање горива и на притисак од неколико стотина милиметара воденог стуба па све до 2,5 атмосфере, што зависи од вискозитета горива. Ради успешнијег распрскавања мазут је потребно предгрејати отприлике на 60°C.

Слика 39. Једнокоморна ковачка пећ

Да се избегне чекање на загрејавање материјала у коморама, примјењује се

двокоморна пећ према слици 40. Две потпуно једнаке коморе одвојене су преградним зидом а. Док се једна комора празни, у другој се припрема нова смеша. Пећ је предвиђена за мазут. Редовно јој је уграђен загрејач ваздуха.

30

Слика 40. Двокоморна ковачка пећ Слика 41.Потисна ковачка пећ

Слика 41, приказује потисну пећ. Материјали се допремају са стране А у простор ниже температуре. Кретањем према излазу загревани материјал наилази на све вишу температуру па се тако постепеније загрева и прегрева на температуру ковања. Потисни механизам периодички потискује комаде материјала положене на за то предвиђене траке у поду пеци.

Слика 42. приказује коморну пећ за нормализацију откивака с подом за извлачење. Пећ је предвиђена за рад на мазут или на плин.

Слика 42. Коморна пећ за нормализацију откивака

Електроотпорна пећ за предгревање калупа приказана је на слици 43. Под

пећи је на колицима, а на предњој страни пећи су помична врата. За циркулацију ваздуха у сврху изједначавања температуре у целој комори служе вентилатори.

Много пута је избор типа пећи зависан и од услова, тј. од брзине загревања метала који произлазе из специфичних својстава метала, као и димензија грејаног материјала. Познато је да при загревању високолегираних челика време загревања у нижим температурним подручјима има велик утицај на квалитет производа. Та околност захтева шаржирање пећи при сразмерно ниским температурама.

Слика 43.Електроотпорна ковачка пећ

31

За већину легираних челика мора та температура бити испод 700°C, од 450

до 650°C. Након тога следи полако догревање на 750 до 800°C. Код проходних пећи тај се режим размерно лако остварује. Код коморних пећи примењује се у ту сврху комора за предгревање. Она се загрева плином који долазе из главног радног простора. Температура коморе за предгревање износи 650 до 850°C. Материјал загрејан на ту температуру потисне се у главни радни простор пећи температуре од 1 200 до 1 300оC.

Од посебног је значаја атмосфера у радном простору пећи. Постотак CO, CO2, N2, H2O и SО, у издувним гасовима важан је због утицаја на челични материјал који се загрева. Од посебне је важности присутност CО, CО2 и H2О. Мењањем тих параметара може се атмосфера у пећи учинити цементационом или оксидационом. Утицај атмосфере је интензивнији што је температура у пећи виша.

Губици материјала услед сагоревања износе 3 до 4%, што зависи и од величине откивка, танко-зидних откивака и од атмосфере у пећи. При вишеструком загревању тај губитак досиже и 5%.

Трајање загревања зависи и од димензија положених комада и од распореда као и од међусобних размака комада у пећи. Што се тиче температурног подручја погодног за пластичну обраду, треба споменути да оно није исто за све врсте челика. За нискоугљеничне челике са 0,10 до 0,20%C погодни температурни интервал је од 1 250 до 750°C. За челике са 0,4 до 0,6% тај се интервал сужује на 1 150 до 800°C. За већину угљеничних констрнктивних челика, а поготово не сувише јаког пресека, допуштено је без значајнијих последица уношење хладних материјала у високо-загрејани радни простор пећи.

Табела 11. приказује потребно време загревања материјала округлог и квадратног попречног пресека, односно странице до 100 мм, и то за случај да је температура радног простора пећи 1 200°C и да материјал треба загрејати на 1 150°C. Табела 11. Време загревања материјала

Напомена: I — важи ако се у пећи налази само један материјал или међусобно јако размакнути материјали; II — важи за случај кад се материјали у пећи налазе на размаку пола пречника или пола странице квадрата пресека материјала.

У случају загревања легираних конструкционих челика потребно је

постићи постепеност при загревању. Табела 12. показује време потребно за загревање тих челика. У табели је спецификација загревања до неке ниже температуре у засебном простору за полагање, време догревања на температуру

32

ковања и држања на температури ковања у радном простору пећи и укупно време загревања као збир трајања споменутих појединих загревања. Табела 12.Време загревања легираних конструкционих челика

Напомена: I — важи ако се у пећи налази само један материјал или међусобно јако размакнути материјали; II — важи за случај кад се материјали у пећи налазе на размаку пола пречника или пола странице квадрата пресека материјала.

Производња откивака на ковачким машинама има своје специфичности у

погледу сложености облика и тежине откивка, величине серије и другог. Те специфичности утицаће на избор машине за ковање, а с тим у вези и на избор погодне пећи.

У табели 13. приказан је преглед пећи које се начелно примјењују за поједине врсте ковачких машина и за одговарајућу производњу. Табела 13.Примена ковачких пећи

33

Димензије радног простора пећи зависне су у првом реду од облика и величине материјала који се у њима загрева. Карактеристична величина је оптерећење пода пећи; то је пак тежина (кp) материјала који се загрева по једном квадратном метру пода пећи на сат, а креће се од 250 до 800. Оптерећење пода пећи у уској је вези са искоришћењем топлоте, која је дефинисана изразом , где је Qм топлота предата металу који се загрева, а QG је укупна количина топлоте доведена горивом 73 је код ковачких пећи сразмерно низак и износи 0,15 до 0,20, а ретко досиже 0,25.

У табели 14. дат је приказ зависности топлотне искоришћености од оптерећења пода пећи и димензија радног простора коморних пећи мале и средње величине за случај континуираног погона и примене предгрејача ваздуха. Табела 14.Зависност производње, оптерећења и искоришћења коморне пећи.