1 ÚVOD. a) Strojírenská metalurgie

Transkript

1 1 ÚVOD Výrobní metody, které se uplatňují ve strojírenských závodech při zpracování konstrukčních materiálů, se běžně označují jako "Strojírenská technologie". Přesný význam tohoto názvu je však poněkud odlišný. Technologie je řecké slovo, které lze přeložit jako "věda" nebo "nauka o praktické činnosti"; jakou činností se tato věda zabývá, je pak ještě nutno blíže specifikovat, např. technologie stavebních hmot ap. Proto název "strojírenská technologie" je možno přeložit jako "Nauka o zákonitostech strojírenských výrobních procesů." Základem každé nauky nebo vědy je přehledné a logické roztřídění (klasifikace) jevů, které jsou předmětem bádání. Obdobně je tomu i v případě strojírenské technologie, která zahrnuje nesmírný počet výrobních metod, mnohdy naprosto odlišných svou podstatou i účelem. Jedním z hledisek umožňujících klasifikaci všech výrobních procesů do základních tříd je míra ovlivnění struktury a vlastností materiálu danou výrobní metodou; na základě toho lze je začlenit buď do "strojírenské metalurgie" nebo k "obrábění a montáži." a) Strojírenská metalurgie Společným znakem metod strojírenské metalurgie je změna struktury a vlastností materiálu, ke které dochází úmyslně a neúmyslně v průběhu jeho zpracování. Protože se jednotlivé metody mohou zásadně lišit svým principem, člení se strojírenská metalurgie dále na tyto hlavní obory: Slévárenství: Charakteristickým znakem slévárenství je zpracování materiálu v tekutém nebo polotekutém stavu tak, že se vlévá nebo vtlačuje do dutiny formy, kde ztuhne a získá se odlitek požadovaného tvaru. Tváření: Trvalé změny tvaru plastického materiálu se dosahuje působením dostatečně velkých vnějších sil prostřednictvím vhodných tvářecích nástrojů. Výchozí materiál může být ve stavu litém (ingot) nebo tvářeném (tyč, plech), případně se tvářením zpracovávají kovové prášky. Svařováni, pájení, lepeni, tepelné dělení jsou metody, kterými se různé polotovary nerozebíratelně spojují nebo naopak dělí (řežou) bez použití řezného nástroje. Tepelným zpracováním se mění struktura a vlastnosti materiálu, aniž se mění jejich tvar. Cílem je zvýšit např. pevnost, houževnatost, tvařitelnost, obrobitelnost, povrchovou tvrdost, odolnost proti korozi nebo jinou důležitou vlastnost. Povrchovou úpravou se mění vzhled nebo korozní vlastnosti povrchových vrstev výrobku, aniž se tím ovlivnil jeho tvar nebo vlastnosti zpracovaného materiálu. Sléváním a tvářením se z výchozího materiálu zhotovují tzv. strojírenské polotovary, které se tvarem a rozměry blíží finálnímu dílci, na rozdíl od hutních polotovarů, tj. tyčí, plechů, trub, drátů apod. Svařováním se polotovary spojují ve větší a složitější celky, tepelným zpracováním a povrchovou úpravou se dosahuje požadovaných vlastností nebo vzhledu. Nedílnou součástí strojírenské metalurgie je kontrola vlastností a vnitřní celistvosti polotovarů. Rostoucí podíl materiálů používaných na strojírenské výrobky tvoří plastické hmoty a další nekovové materiály. Zpracují se rovněž odléváním, tvářením i svařováním nebo tepelným dělením, tj. způsoby odvozenými od metod strojírenské metalurgie, které se od obrábění liší tím, že nedochází k oddělování třísek. Proto se někdy tyto metody

2 zpracování kovových i nekovových materiálů zahrnují společným názvem "Beztřískové zpracování." b) Obrábění a montáž Do této skupiny patří metody umožňující dát konečnému výrobku přesný tvar, rozměr a jakost povrchu funkčních ploch. Obrábění zahrnuje klasické metody, pro které je charakteristické odebírání třísky pomocí řezného nástroje, který musí být podstatně tvrdší než obráběný materiál. Patří sem např. soustružení, frézování, vrtání, broušení a řada dalších. Nově nastupují metody, které mají odlišně principy odběru materiálu s povrchu dílce, např. elektrickým výbojem, elektrochemicky, pomocí paprsků o vysoké koncentraci energie apod. Montáž zahrnuje souhrn výrobních činností, kterými se jednotlivé díly spojují ve finální výrobek (stroj, zařízení, investiční celek). Spojení mohou být pevná nebo pohyblivá a montované díly musí mít proto předepsané tolerance, aby výrobek byl schopen plnit danou funkci. S obráběním a montáží proto úzce souvisí měření (kontrola tvarů a rozměrů - metrologie) a lícování. Postavení strojírenské technologie v národním hospodářství Význam strojírenské technologie pro rozvoj národního hospodářství je nesporný a tuto skutečnost zdůraznila řada základních stranických a vládních dokumentů. Toto do jisté míry výjimečné postavení strojírenské technologie je dáno tím, že na její úrovni zcela závisí rozvoj všech dalších výrobních odvětví (elektrotechniky, stavebnictví, zemědělství, chemický průmysl atd.) i mnohá nevýrobní odvětví (např. doprava a spoje), neboť nové technické myšlenky a konstrukce je možno realizovat jen za předpokladu, že strojírenský závod dovede potřebné zařízení vyrobit. V oblasti strojírenské výroby na sebe úzce navazuje činnost konstruktéra, metalurga i technologa a každý z nich musí respektovat funkční požadavky výrobku, vlastnosti zvoleného materiálu i zákonitosti použité technologie. Vyžaduje to nejen hluboké znalosti vlastního oboru, ale také široké všeobecné znalosti a smysl pro kolektivní práci všech pracovníků. Předpokladem pro to, aby výrobek byl funkčně dokonalý a ekonomicky výhodný,je totiž konstrukce promyšlená z hlediska funkčního i technologického a volba optimálního konstrukčního materiálu. Cílem "Základů strojírenské technologie" je seznámit budoucí strojní inženýry v přednáškách a v praktické dílenské výuce s principy hlavních výrobních metod a s odborným názvoslovím. Prvá část předmětu je věnována základním metodám strojírenské metalurgie; převládat bude popis principů klasických jednoduchých metod a zařízení, neboť pro hlubší vysvětlení jevů zatím chybí potřebné fyzikální a metalurgické základy, které studenti získají až v průběhu dalšího studia.

3 2 SLÉVÁRENSTVÍ Ve slévárnách se vyrábějí strojírenské polotovary zvané odlitky; zhotovují se odléváním roztaveného kovu do forem, které mají dutinu ve tvaru budoucího odlitku a v níž tekutý kov ztuhne PRINCIP VÝROBY ODLITKŮ Výroba odlitků je typická týmová práce a na jejím řízení se podílí řada pracovníků odlišných profesí, např. technolog, metalurg i chemik, z nichž každý zodpovídá za určitý svěřený úsek; cílem jejich společného snažení je ekonomická výroba odlitku požadovaného tvaru a vlastností. Podkladem pro výrobu odlitku je kótovaný výkres součástky, která se má zhotovit. Tvar této součásti se po konzultaci s konstruktérem někdy upravuje tak, aby se usnadnila výroba formy a snížilo nebezpečí vzniku vad (trhlin, povrchových i vnitřních defektů apod.). Dále se zvětší některé rozměry o slévárenské technologické přídavky a přídavky na obrábění apod. a zakreslí se případné nálitky, jádra a známky. Podle tohoto výkresu odlitku se zhotoví výkresy modelového zařízení, a podle nich se příslušné modely a jaderníky vyrobí v modelárně. V úpravně formovaného materiálu se připravuje smísením ostřiva (např. křemičitého písku) a pojiva (např. jílu) formovací směs, která musí mít předepsanou vlhkost a fyzikální vlastnosti (vaznost, prodyšnost, žáruvzdornost atd.) a dopraví se do formovny. Zde se s použitím modelu a jaderníků zhotoví forma a případná jádra, po vyjmutí modelu a vložení jader zůstává ve formě dutina, jejíž tvar a rozměry odpovídají budoucímu odlitku. Aby tekutý kov mohl zaplnit tuto dutinu, musí se při formování vytvořit také vtoková soustava, tj. systém kanálů, kterými se přivádí roztavený kov a také výfuky, které odvádějí unikající plyny. Někdy jsou nutné také dutiny pro nálitky, ve kterých se shromáždí zásoba tekutého kovu, odkud si tuhnoucí a smršťující se odlitek doplňuje chybějící kov. Před odléváním se líc formy upravuje, případně natírá, aby povrch odlitku byl hladký a čistý; někdy se forma suší nebo povrchově přisouší, pak se vkládají jádra; po složení formy a pevném spojení obou polovin nebo zatížení proti působícímu vztlaku je forma připravena k lití. Tekutý kov o předepsaném chemickém složení, čistotě a licí teplotě se připravuje v tavírně. Taví se v pecích různého typu a vsázky, která obsahuje určitý podíl kovů dodaných z huti, dále vratný materiál, kovový odpad (šrot) a různé přísady. Tekutý kov se dopraví v pánvi k formě připravené k lití a vlévá do vtokové jamky nebo nálevky. Přitom nesmí do dutiny formy vnikat struska a proud kovu nesmí strhávat s sebou vzduch a poškodit formu. Jakmile tekutý kov ve formě ztuhne a dostatečně vychladne, odlitek se z dutiny formy vyjímá; u netrvalých forem se vytlouká, tj. písková forma se rozbije; u trvalých kovových forem se odlitek vyjme z rozložené formy. Získá se tak surový odlitek se všemi pomocnými částmi (vtokem, výfukem, nálitky), často ještě na povrchu znečištěný částicemi ulpělé formovací směsi a uvnitř se zbytky jader, která vytvářela dutinu v odlitku. V čistírně se odstraní vtoky, výfuky, nálitky a případné švy (tj. kov, který vnikl mezi obě poloviny formy do dělící roviny). Otryskáním nebo jiným způsobem se odlitek zbaví zbytků písku a jader, podle potřeby se také tepelně zpracuje. Odřezané vtoky,

4 výfuky, nálitky se dopravují zpět do tavírny jako vratný materiál spolu se zmetky, tj. s těmi odlitky, které nevyhověly při kontrole rozměrů tvaru a jakosti. Upravený, očištěný a zkontrolovaný odlitek se nazývá hrubým odlitkem, který se před expedicí někdy opatřuje základním protikorozním nátěrem. Hrubý odlitek je konečným výrobkem slévárny a odesílá se k dalšímu zpracování do obrobny. Postup technologických operací od výkresu součásti po složenou formu je schematicky znázorněn na obr a nevyžaduje bližšího komentáře. Obr. 2.1.: Schéma výroby dělené netrvalé (pískové) formy a) výkres dílce b) výkres modelu c) modelové zařízení d) složená dvoudílná písková forma K jednoduché ruční výrobě forem je zapotřebí modelové zařízení, formovací materiál a pracovní nářadí. Ruční výroba forem je známa několik tisíc let, má však plné oprávnění i v současné době rozvinuté průmyslové výroby. Klade sice značné nároky na zručnost a odbornou kvalifikaci pracovníka, je pomalá a málo produktivní, nevyžaduje však drahé modelové zařízení; v kusové a maloseriové výrobě je proto nenahraditelná.

5 2.2. MODELOVÉ ZAŘÍZENÍ K modelovému zařízení patří modely, šablony a jaderníky, dále všechny přípravky a pomůcky, které slouží k zhotovení formy a jsou vyrobeny v modelárně. Modely Model je základní pomůckou pro výrobu forem a jeho tvar odpovídá vnějšímu obrysu odlitku zvětšenému o známky pro jádra, případně o nálitky; může být dělený (obr. 2.1), méně často nedělený, a to jen pokud tvar odlitku umožní vyjmutí modelu z formy bez jejího poškození. Dělené modely muší být spojeny v dělicí rovině spojovacími čepy tak, aby byla jednoznačně zajištěna vzájemná poloha obou polovin. Při kusové výrobě, pro menší série a pro rozměrné odlitky se modely zhotovují ze dřeva; trvanlivější a dražší modely kovové jsou vhodné pro velké série drobných a středních odlitků. Rozměr modelu vychází z rozměru dílce, je však větší o přídavky různého druhu. Přídavek na obrábění, který zaručuje čistý povrch obrobených ploch, bývá stanoven normou nebo interními předpisy. Úkosy mají usnadnit vyjímání modelu z formy; plochy kolmé na dělicí rovinu se proto dělají se sklonem alespoň l:50 až 1:100. Všechny rozměry modelu se zvětšují o míru na smrštění, neboť vychladlý odlitek v důsledku teplotní roztažnosti má rozměr menší než byl rozměr dutiny. Hodnota smrštění závisí hlavně na složení slitiny. Šablony mají tvar obrysu odlitku; mohou nahradit mnohem dražší modely, pokud má odlitek jednoduchý rotační nebo přímkový tvar. šablona je sice velmi levná, vlastní výroba formy šablonováním je však zdlouhavá a nákladná. Jaderníky jsou dřevěné nebo kovové formy, jejich dutina se zaplní formovací směsí a tak se zhotoví jádro. Většinou jsou dělené, často velmi složité, sestávající z mnoha dílů; řešeny musí být tak, aby se z nich dalo pískové jádro bez poškození vyjmout. Příslušenství modelového zařízení tvoří modely vtokových systémů (model jamky, vtokového kanálu, struskového případně rozváděcího kanálu, zářezů, dále modely výfuků, nálitků apod.). Aby se usnadnilo a zpřesnilo formování, používají se různé pomocné prostředky, např. modelové desky, kontrolní šablony, zaváděcí kolíky apod. Zvláštní skupinu tvoří modely netrvalé, např. vytavitelné (voskové) nebo spalitelné (z pěnového polystyrenu apod.), které se pro každou formu musí vyrobit znovu. V těchto případech se jedná o speciální metody výroby forem. Modelové zařízení je značně nákladné a jeho cena se promítá plně do ceny odlitku. Čím kvalitnější a dražší je modelové zařízení, tím nižší jsou pak další náklady na formování a obrábění. Proto se musí souběžně s návrhem modelového zařízení zvážit ekonomický dopad a volit optimální varianta. Cena modelového zařízení závisí na velikosti odlitku, složitosti jeho tvaru a na požadované trvanlivosti, tj. na počtu odlitků, které se mají vyrobit. V kusové a maloseriové výrobě se proto používají modely co nejjednodušší a nejlevnější a řada dokončovacích prací na tvaru odlitku se ponechá na formíři, který např. ručně zhotoví zaoblení koutů a provede menší úpravy tvaru. Při výrobě odlitků, které mají sloužit jako náhrada za poškozený a neopravitelný díl, se někdy použije původní díl jako tzv. přírodní model.

6 2.3. FORMOVACÍ SMĚSI PRO VÝROBU NETRVALÝCH FOREM Většina odlitků se odlévá do netrvalých forem, které jsou určeny pouze pro jedno použití. Obvyklým materiálem pro jejich výrobu bývá formovací směs, kterou obvykle tvoří písková zrna (ostřivo) navzájem vázaná pojivem a vyžaduje se od ní dobrá formovatelnost, tj. schopnost dokonale otisknout tvar modelu. Směs musí mít dále potřebnou vaznost, aby forma byla dostatečně pevná a odolala tlaku vlévaného kovu, prodyšnost, aby umožnila rychlé unikání uvolněných plynů a par, a žárovzdornost, aby se na styku s tekutým kovem nezačala tavit. Největší nároky jsou kladeny na formovací směs přicházející do bezprostředního styku s tekutým kovem. Při formování se proto někdy model pokryje vrstvou jakostnější modelové směsi, zbytek rámu se dosype méně kvalitní výplňovou směsí. Základem všech formovacích směsí je ostřivo a pojivo. Ostřivo tvoří žárovzdorná zrna určitého chemického složení, velikosti a tvaru. Nejběžnějším ostřivem je čistý křemenný písek, který je nejlevnější; méně častým ostřivem je šamot, korund apod. Pojivo obaluje a váže jednotlivá zrnka ostřiva. Jeho fyzikální vlastnosti, chemické složení a množství rozhodujícím způsobem ovlivňují fyzikální i technologické vlastnosti směsi. Jako pojiva se nejčastěji používají vazné jíly (např. bentonit), vodní sklo nebo některé termosetické plastické hmoty (fenol-formeldehydové pryskyřice apod.). Přírodní směsi jsou písky, které obsahují ve vhodném poměru jak křemičitá zrna potřebné zrnitosti, tak vazný jíl. Těží se v řadě lokalit, jsou levné, ale jejich vlastnosti nejsou optimální a navíc nejsou stále stejné. Nejsou proto vhodné pro mechanizovanou výrobu, kde se uplatní pouze syntetické směsi o stálých vlastnostech, připravené smísením ostřiva a pojiva o definovaných vlastnostech v přesně stanoveném množství. Veškeré směsi obsahující vazný jíl musí být vhodně navlhčené, aby měly potřebnou plasticitu a vaznost. Pokud není vlhkost nadměrná, je možno odlévat do syrových tj. nesušených forem; jinak se musí sušit nebo přisoušet. Aby se snížily náklady na formovací směsi, značná část se po použití regeneruje v úpravně formovacího materiálu, kde se rovněž připravují veškeré syntetické směsi PRACOVNÍ NÁŘADÍ A POMŮCKY K ruční výrobě formy potřebuje slevač kromě modelového zařízení a formovací směsi ještě pracovní nářadí a pomůcky. Formovací rámy (viz obr. 2.2) Většina odlitků má takový tvar, že se musí formovat do dělené, nejčastěji dvoudílné formy. Protože obě poloviny musí navzájem přesně lícovat, aby nedošlo k přesazení, používají se při výrobě forem obvykle dva rámy, horní a spodní. Rámy zajišťují přesnou vzájemnou polohu jednotlivých částí formy, současně ji zpevňují a usnadňují manipulaci. Dosedací plochy rámů musí být přesně rovinné; vzájemné středění zajišťují kolíky procházející zaváděcími otvory v uchách rámů (obr.2.2a-c). Rámy větších rozměrů se opatřují příčkami, na které se zavěšují podle potřeby výztužné háčky, zabraňující vypadnutí zaformované směsi z rámu. Příčky také zachycují vztlak kovu při lití a jejich počet proto roste s velikostí rámu (obr. 2.2d). Většinou mají rámy obdélníkový tvar normalizovaných rozměrů, méně často čtvercový. Pouze při velkosériové výrobě se přizpůsobuje rám tvaru odlitku, aby se ušetřil formovací materiál a usnadnila manipulace s méně hmotnou formou. Velké rámy se

7 dopravují jeřábem,a proto musí mít čepy pro zavěšení na lano. Od rámů se vyžaduje rozměrová přesnost, pevnost a tuhost, trvanlivost a nízká hmotnost. Vnitřní tvar musí být upraven tak, aby formovací směs v rámu dobře držela. Zhotovují se lité, svařované nebo montované. Ve speciálních případech, když vtokový systém je v dělicí rovině, musí být čelo rámu opatřeno vhodným otvorem. V praxi existuje řada metod výroby forem, kdy rámy nejsou vůbec nutné (např. keramické formy, skořepinové formy apod.). Nástroje a pomůcky Model a rám se při ručním formování klade na podkladovou desku (zvanou půdnice), která musí být rovná a tvrdá. Dřevěná půdnice bývá zesílena svlaky. Modelová směs se přesívá přes síto, aby se na model nedostaly hrudky nebo nečistoty. Ručně se směs pěchuje pěchovačkami různého tvaru a délky; klínovou částí se pěchuje blízko modelu a v rozích rámu, kde je žádoucí vyšší upěchování, plochou částí (knoflíkem) se pěchuje dále od modelu. Výkonnější je pěchování pneumatickými pěchovačkami. Přebytečný písek se s povrchu formy shrnuje kovovým pravítkem; ke zvýšení prodyšnosti se píchají průduchy kovovým bodcem. Při vyjímání modelů se vlhčí okraje formy vlasovými štětci s dlouhým vlasem. Model se uvolňuje od formovacího materiálu poklepem paličkou z tvrdého dřeva a vytlačuje z formy pomocí háčku s očkem. Povrch formy se uhlazuje hladítkem, v hůře přístupných místech lancetkami různých tvarů, kterými se rovněž zhotovují zářezy, spojující vtokový kanál s dutinou formy. Dělicí rovina se zaprašuje dělicím práškem, který je v sáčku z řídkého plátna. Povrch sušených forem se natírá barvivem pomocí velkých štětců nebo nastříkne pomocí rosenky Ke zpevnění některých exponovaných částí formy se používají drátěné pískovačky s kruhovou plochou hlavou. V místech, kde požadujeme rychlejší odvod tepla z odlitku, se do formy vkládají kovová chladítka. Přesné ustavení polohy rozměrných jader ve formě usnadňují podpěrky z pocínovaného plechu. Nejběžnější z nástrojů a pomůcek jsou znázorněny na obr. 2.3.

8 Obr. 2.3: Nástroje a pomůcky používané při formování. Řada pomůcek je normalizovaných; mnohé si slévači zhotovují nebo upravují sami tak, aby si usnadnili formování některých odlitků složitého tvaru RUČNÍ VÝROBA FOREM V kusové a malosériové výrobě převládá ruční výroba forem, neboť vyžaduje nejmenší investiční náklady. Z ní se postupně vyvinuly metody strojního formování tak, že některé namáhavé nebo náročné ruční práce byly mechanizovány, např. pěchování nebo vyjímání modelu z formy. V rámci tohoto předmětu bude věnována pozornost pouze základům ručního formování Formování na model Formování na model je nejrozšířenější metodou ruční výroby forem. S výjimkou nejtěžších odlitků, u nichž se spodní část formy zhotovuje do půdy slévárny a horní do rámu, naprostá většina odlitků se formuje do dvou rámů. Model může být nedělený nebo dělený. a) Formování na nedělený model (obr. 2.4) Tento postup je vhodný jen pro některé jednoduché tvary odlitků. Na formovací desku (půdnici) se položí model a spodní formovací rám. Model se popráší dělicím práškem a pokryje prosátou modelovou směsí, která se kolem modelu mírně upěchuje. Celý objem rámu se pak postupně vyplní výplňovou směsí, upěchuje pěchovačkou, přebytečný písek se seřízne pravítkem a napíchají se průduchy (obr. 2.4a).

9 Rám s modelem se otočí, odstraní se přebytečný písek, dělicí rovina se uhladí a posype dělicím práškem. Nasadí se vrchní rám a vzájemná poloha se zajistí zaváděcími kolíky. Přiloží se model vtokového a rozváděcího kanálu a model výfuku a vše se zaformuje jako v předchozím případě (obr. 2.4b). Forma se rozebere, vyjme se model vtoku a výfuku a ve spodku formy se vyřízne zářez, kudy bude kov vtékat do dutiny formy. Písek u modelu se mírně navlhčí štětcem, aby se nedrobil při vyjímání. Model se mírně poklepe paličkou, aby se uvolnil od písku a vyjme z formy pomocí háčku, který se do modelu zarazí nebo zašroubuje. Při vyjímání nutno dbát na to, aby se vyjímal přesně kolmo na dělicí rovinu a aby se okraje pískové formy nedrolily. Poškozená místa se opraví, dutina formy se vyfouká a líc formy zapráší nebo natře, aby odlitek měl hladký povrch; někdy se určitá místa formy ještě zpevňují pomocí pískováčků. Potom se upraví a vyhladí licí jamka a po eventuálním sušení nebo přisušení je možno formu skládat. Složená forma se dopraví na licí pole a pokud nebyly obě poloviny rámu spojeny zděří nebo svorníkem, zatíží se forma úkladky a tím je připravena k lití (obr. 2.4c). b) Formování na dělený model (obr.2.5) Princip je stejný, jako v předchozím případě. Model musí být dělený, neboť by se nedal z dutiny formy vyjmout; otvor v odlitku se zhotoví pomocí jádra s kuželovými známkami (obr. 2.5a). Nejprve se zhotoví dolní polovina formy (obr. 2.5b), pak horní polovina s vtokovým kanálem a výfuky. Po vyjmutí modelu se zhotoví zářezy a forma se zpevní pískováčky. Při skládání se do formy vloží jádro, které bylo zhotoveno v jaderníku, dělicí rovina se utěsní, aby tudy nemohl unikat kov a forma se zatíží. V případě znázorněném na obr. 2.5c byla licí jamka za formována zvlášť v malém "vyhrazovacím"

10 rámečku, který se klade na povrch formy tak, aby otvory lícovaly. Náročnou a vysoce kvalifikovanou prací je správné umístění a dimenzování vtokové soustavy; kov musí vyplnit dutinu formy co nejrychleji, nesmí ji však poškodit (erodovat) ani nesmí strhávat strusku nebo plyny. U sériové výroby se proto používá model vtokové soustavy jako součást modelového zařízení. Šedá litina se běžně vlévá do licí jamky (obr. 2.6),ocel do nálevky. Průřezy všech kanálů bývají pak stanoveny výpočtem a podle potřeby upraveny na základě ověřovacích odlitků. U složitých nebo méně vhodných tvarů odlitků se musí technolog uchylovat k některým zvláštním postupům, aby bylo možno vyjmout model z formy a zbytečně se nekomplikovalo modelové zařízení. Například někdy je nutno zhotovit komplikovanou dělicí plochu, která je ve skutečnosti prostorově členitou plochou (obr. 2.7b). Má-li odlitek výstupky, které by bránily vyjmutí modelu z formy, mohou se zhotovit jako snímatelné (volné) části modelu, které se po vyjmutí modelu dodatečně vyjmou směrem do dutiny formy (obr. 2.7a). Některé části odlitku se formují pomocí nepravých jader (obr. 2.7c), která netvarují dutinu v odlitku, ale jeho povrch. Obr. 2.7: Příklady zvláštních postupů formování na model Výroba forem šablonováním Při kusové výrobě velkých odlitků tvoří náklady na výrobu modelu a jaderníku rozhodující položku v ceně odlitku. Proto u jednoduchých rovinných a rotačních tvarů se s výhodou používá šablonování, které je sice z hlediska formování mnohem pracnější než formování na model, náklady na výrobu šablony však představují jen zlomek výrobní ceny modelu.

11 a) Rovinné šablonování (obr. 2.8a-c) Obr. 2.8: Výroba forem šablonováním a) Postup rovinného šablonování b) Typické tvary odlitků c) Podélné a příční rovinné šablonování d) Postup rotačního šablonování e) Pomůcky pro rotační šablonování Takto se formují dlouhé odlitky, např. lité dopravní žlaby nebo trubky nekruhového průřezu (obr. 2.8a-c). Slévárna musí být pro tuto techniku formování vybavena tak, že v půdě slévárny jsou stabilně uloženy dvě vodorovné rovnoběžné vodicí lišty; prostor mezi nimi musí být zaplněn kvalitní formovací směsí a zespodu odvzdušněn, aby mohly unikat plyny tvořící se při lití. Formovací směs mezi lištami se nejprve upěchuje a pomocí prvé šablony se vytvoří tvar, který odpovídá horní straně odlitku; při tom se přebytečný písek odřezává lžicí, šablonou se pouze přiměřuje. Zhotoví se takto v podstatě pískový model, na který se posadí formovací rám, jehož poloha se vhodným způsobem zajistí, např. kolíky. Písek se posype dělicím práškem, přiloží modely vtokového kůlu a rozváděcího kanálu a běžným způsobem se zhotoví svršek formy, který se jeřábem zvedne, otočí, opraví, natře a prozatímně uloží. Poté se přiloží druhá šablona (obr. 2.8a) a stejným způsobem se odebere

12 písek v množství, které odpovídá tloušťce stěny odlitku a zhotoví se vtokové zářezy. Tím je vyroben spodek formy, který se rovněž vyhladí, opraví a natře. Po eventuálním sušení se obě poloviny formy složí, zatíží a tím je forma připravena k odlévání. U dutých odlitků, kam je nutno vkládat jádro, je vhodnější příčné šablonování (obr. 2.8c), neboť se takto dá zhotovit i jaderná známka. b) Rotační šablonování (obr. 2.8d,e) Formy pro rotační odlitky je možno formovat rovněž do půdy a rámů, nebo do dvou rámů, jak je znázorněno na obr. 2.8d. Postup je stejný jako při rovinném šablonování. Vyrobí se první šablonou pískové modelové zařízení, zhotoví svršek formy a druhou šablonou se odebere písek v množství, které opět odpovídá tloušťce stěny. šablony se upevňují na rameno (obr. 2.8c), které se otáčí kolem vřetene; vertikální poloha ramene se zajistí stavěcím kroužkem. Dolní konec vřetene, které musí být přesně svislé, je zasunut do patky zakotvené v půdě slévárny. Otvory, které zůstanou ve formě po vyjmutí vřetene, se zaplní pískem. Vtoková soustava se zhotovuje běžným způsobem (obr. 2.8d) STROJNÍ VÝROBA FOREM Nedostatkem ruční výroby forem je značná pracnost, některé operace jsou fyzicky namáhavé a pomalé (pěchování), jiné vyžadují velké zkušenosti a zručnost, např. umístění zářezů, vyjímání modelu. Kvalitu formy a tím i kvalitu odlitku značně ovlivňuje také lidský faktor. V moderní sériové výrobě odlitků se proto uplatňuje ve velkém rozsahu především strojní výroba forem, pro kterou je typická mechanizace některých operací. Pěchování, ať již ruční nebo pneumatickou pěchovačkou, se nahradilo lisováním, setřásáním nebo metáním písku (viz obr. 2.9d). Poloha vtoku, výfuku rozváděcího kanálu, zářezů, je přesně stanovena technologem a slevač je nemůže měnit, protože je součástí tzv. modelní desky, tj. jednoúčelové formovací desky (půdnice) s pevně upevněnou polovinou modelu včetně modelů vtokové soustavy a vodicích kolíků. Konečně se modely vyjímají z formy strojně, takže se na nejmenší míru omezí nebezpečí jejího poškození. Jednotlivé mechanizované činnosti se mohou různě kombinovat, a proto existuje řada různých zařízení pro strojní formování. Některé z operací strojního formování jsou znázorněny na obr. 2.9b až e. Při lisování se předem stanovený objem písku vtlačí do rámu; při setřásání modelní deska s rámem zaplněným pískem dopadá na pevnou podložku a pěchovací tlak se vyvozuje účinkem setrvačné hmoty písku. U metacích strojů rychle rotující raménko metá do formy hrudky písku. Jeden z nejstarších principů strojního vyjímání modelu je na obr. 2.9e, kde pomocí přesně vedených čípků se nadzvedne rám a tím forma oddělí od modelní desky. Každá z metod strojního formování má určité výhody i nevýhody a uplatní se při výrobě odlitků určitého tvaru nebo velikosti. Poznámky:

13 V současné době se stále více uplatňuje řada dalších metod výroby forem, které jsou např. vysoce produktivní, dají se do velké míry automatizovat, poskytují vysoce kvalitní odlitky nebo velmi přesné odlitky apod. K nejrozšířenějším patří lití do skořepinových nebo keramických forem, bezrámové formování apod. Velké množství odlitků se dále odlévá do trvalých kovových forem (kokil) bud pod vysokým tlakem nebo gravitačně bez tlaku. Odlitky mají velmi čistý a hladký povrch a vysokou přesnost rozměrů. Podmínkou pro uplatnění těchto metod je však dostatečná seriovost výroby. Těmto a dalším metodám bude věnována patřičná pozornost až během dalšího studia. Obr. 2.9: Strojní výroba forem 2.7. PŘÍPRAVA TEKUTÉHO KOVU, ODLÉVÁNÍ A ČIŠTĚNÍ ODLITKU Forma připravená k odlévání se plní tekutým kovem o předepsaném chemickém složení a potřebné licí teplotě, který se taví ve vhodné tavicí peci. Vedení tavby je náročnou operací. Je nutno dodržet předepsané chemické složení slitiny, neboť větší odchylky mohou mít za následek nevyhovující vlastnosti a nevhodnou strukturu materiálu; tekutý kov nesmí být nasycen plyny, aby nebyl odlitek bublinatý, nesmí obsahovat nežádoucí nečistoty ani nepřípustné množství nekovových částic - vměstků. Důležitá je licí teplota; při nedostatečné je nebezpečí, že kov ve formě předčasně ztuhne a nezaplní celou dutinu; při nadměrná licí teplotě je nebezpečí, že tekutý kov vnikne mezi písková zrna. Obsah plynů v tavenině lze snížit před litím různými postupy, např. vakuováním tekutého kovu, obsah nečistot působením vhodné strusky a strukturu lze ovlivnit tzv. očkováním. Tato složitá problematika je doménou slevačů - metalurgů. Tavicí pece Pece pro tavení kovů používané ve slévárnách jsou několika typů a liší se způsobem ohřevu, velikostí, výkonem, účinností využití energie, dosažitelnou

14 teplotou i možnostmi ovlivnit chemické složení a čistotu roztaveného kovu. Většina z nich byla původně vyvinuta pro tavení určitých slitin. Principy nejčastěji používaných tavicích pecí jsou znázorněny na obr Kuplovna (obr. 2.10a) je určena výhradně pro tavení litiny, tj. slitiny železa obsahující větší množství uhlíku. Je to výkonná šachtová pec, do níž se střídavě vsází kovová vsázka, struskotvorná přísada (vápenec) a koks jako palivo. Do pece se dmychá vzduch a horké spaliny obsahující dusík a směs CO s CO 2 unikají horní částí kuplovny přes výměník tepla. Tekutý kov shromažďující se mezi výplňovým koksem vytéká dolním odpichovým otvorem, o něco výše se vypouští tekutá struska, která nesmí zahltit dmyšné otvory. Účinnost kuplovny je dobrá, výkon tavení je vysoký, možnosti ovlivnění metalurgických reakcí jsou však omezené a je proto obtížné udržet předepsané složení tekutého kovu, neboť do tekutého kovu přecházejí jak nečistoty z kovové vsázky, tak uhlík a síra z koksu. Oblouková pec (obr. 2.10b) je určena hlavně pro tavení ocelí na odlitky. Kovová vsázka se ohřívá teplem elektrického oblouku, který hoří mezi třemi elektrodami zprostředkovaně přes kovovou vsázku. Tekutý kov je krytý aktivní struskou, která umožní ve značném rozsahu provést jeho rafinaci, tj. snížení obsahu nežádoucích nečistot, současně však dochází i k propalu řady přísadových prvků. Oblouková pec je ve slévárnách oceli nezbytná proto, že umožňuje zpracovat i méně čistou vsázku. V malé míře se v těchto pecích začínají tavit také některé jakostní druhy litin, nahrazující ocel. Indukční středofrekvenční pec (obr. 2.10c) je založena na principu

15 vířivých proudů. Taví velmi rychle, s vysokou účinností a minimálním propalem přísad. Vsázka musí však mít vysokou čistotu. Používá se hlavně pro tavení ocelí. Kelímková pec (obr. 2.10d) vytápěná plynem nebo naftou se používá hlavně pro tavení neželezných kovů (slitin mědi a slitin hliníku). Má poměrně levný provoz, tekutý kov se však silně nasycuje vodíkem, který v atomárním stavu může pronikat přes stěny keramického kelímku. Elektrická odporová kelímková pec (obr. 2.10e) tento nedostatek nemá, její provoz je však značně nákladný. Taví se v ní s výhodou slitiny lehkých kovů. Kromě uvedených existuje řada dalších pecí, které byly vyvinuty s cílem odstranit některé nevýhody stávajících typů, např. pece s grafitovými odpory. Odlévání Roztavený kov se až na výjimky nejprve z pece vlévá do pánví a v nich se dopravuje na licí pole, kde proběhne vlastní lití. Licí pánve jsou kovové nádoby různé velikosti, tvaru a konstrukce, opatřené keramickou žárovzdornou vyzdívkou. Před nalitím tekutého kovu musí být řádně vysušeny a předehřáty. Menší pánve se přenášejí ručně; velké se přepravují jeřábem a jsou určeny bud k odlévání horem (litina, bronz, hliník) nebo spodem (ocel), viz obr Obr. 2.11: Licí pánve: a) pánev k odlévání horem b) pánev k odlévání spodem Způsoby lití Nejčastěji se formy odlévají gravitačním litím, tj. tekutý kov se volným proudem vlévá do licí jamky a jeho pohyb do vlastní dutiny je usměrňován vtokovou soustavou; působí na něj pouze gravitační síla a k odlévání nejsou zapotřebí žádná další zařízení. U některých odlitků nelze takto zajistit řádné vyplnění formy nebo potřebnou kvalitu odlitku a volí se pak např. odlévání pod tlakem (do kovových forem), odstředivé lití, vakuové lití apod. Zvýšené náklady na odlévání se pak vracejí formou snížené zmetkovitosti nebo lepší jakosti odlitků (přesnost, kvalita povrchu apod.). Čištění a úprava odlitků

16 Ztuhlé odlitky se nejprve vytloukají z netrvalých forem nebo vyjímají z trvalých kovových forem a pak se musí zbavit nepatřičných kovových částí (vtokové soustavy a nálitků), případně připečeného formovacího materiálu. Vtoky se nejčastěji urážejí nebo odlamují, pracnější je odřezávání. Nálitky, pokud jsou na odlitek napojeny plochou značného průřezu, se odstraňují pilou nebo tepelným dělením. Zbytky formovacího materiálu se s povrchu odlitku odstraňují např. omíláním v otočných bubnech nebo odtryskáváním proudem zrnitého materiálu, např. ocelových nebo litinových broků, případně křemičitým nebo korundovým pískem. Velké odlitky se mohou otryskávat vodním paprskem (tlakovou vodou až 20 MPa) nebo menší vady zasahující do odlitku se začistí broušením. Očištěné odlitky se podrobují kontrole rozměrů a jakosti. Sleduje se hlavně geometrie rozměrové tolerance, výskyt povrchových vad a trhlin. Chemické složení se kontroluje u celé tavby a některých vybraných kusů, obdobně mechanické vlastnosti a struktura. Vnitřní necelistvosti se dají odhalit rentgenem nebo ultrazvukem, jsou to však zkoušky poměrně nákladné a předepisují se jen u odlitků na zvlášť náročné díly. Řízení slévárenského provozu Výroba odlitků představuje složitý a organizačně náročný výrobní cyklus, kde je nezbytné přesné časové sladění jednotlivých operaci. Například modelové zařízení musí být vyrobeno s potřebným předstihem před zahájením vlastní výroby odlitků, formíř musí mít vhodné rámy, připravenou směs o potřebném složení a jádrovna musí včas vyrobit všechna potřebná jádra. Jakmile je forma složena a připravena k odlévání,musí být co nejdříve k dispozici tekutý kov o předepsaném složení a požadované teplotě, aby neodlité formy nezmenšovaly plochu licího pole. Předčasně natavený tekutý kov je nutno udržovat na licí teplotě, což způsobuje značné energetické ztráty a kromě toho se může nasycovat plyny a tím se zhorší jeho kvalita a zvyšuje se pravděpodobnost vzniku zmetků. Nebezpečí zmetků je při výrobě odlitků mnohem vyšší než u jiných technologií, protože se zde střetá řada faktorů, z nichž mnohé nemůže slévárna ovlivnit, např. vlhkost ovzduší, jakost některých surovin, složitost tvaru odlitku apod. Pokud se zmetkovitost pohybuje v obvyklých mezích, počítá se s touto skutečností a zhotoví se potřebný počet odlitků navýš. Nepředvídané zvýšení zmetkovitosti může výrobní cyklus vážně narušit, a to tím více, čím později se defekty odhalí, zejména vnitřní skryté vady apod. Z těchto důvodů má pro slévárnu velký význam odbor řízení jakosti, pod který spadá technická kontrola. Jejím úkolem je nejen sledovat kvalitu vyráběných odlitků, ale kontrolovat také dodržování technologie přípravy formovacích směsí, technologii tavení, odlévání. Výsledky této systematické kontroly se pečlivě analyzují s cílem odstranit příčiny opakovaných závad. Mnohdy jsou příčiny závad jednoznačné, např. špatná kvalita směsi, chyba při zaformování, nedostatečná příprava formy k odlévání, nízká teplota odlévaného kovu apod; někdy se ujišťují velmi obtížně, zvlášť pokud se vyskytují nepravidelně. Při řízení jakosti hraje významnou roli matematická statistika, protože umožní posoudit, zda Četnost určitých vad nepřekračuje ekonomicky únosnou mez. Určitému počtu zmetků se nelze vyhnout a snížit zmetkovitost pod únosné procento by si vyžádalo neúměrně vysoké náklady.

17 3 ZPRACOVÁNÍ KOVŮ TVÁŘENÍM Čisté kovy a slitiny vhodné pro tváření jsou charakteristické svojí tvárností; vyvodí-li se proto v polotovaru dostatečně vysoké napětí, určitý objem kovu se začne přemisťovat bez porušení celistvosti, tj. materiál se tváří. Potřebné napětí se vyvodí v materiálu prostřednictvím nástrojů vhodného tvaru. Tvářet je možno s ohřevem na dostatečně vysokou teplotu (tzv. tváření za tepla); cílem ohřevu je snížit vazebné síly mezi atomy a tím také snížit přetvárnou práci a spotřebu energie. Na druhé straně je tváření za vyšších teplot provázeno nebezpečím oxidace; také dosažitelná přesnost rozměrů je menší. Tváření bez ohřevu (tzv. za studena) tj. za teplot blízkých teplotě místnosti, umožňuje získat tvářené výrobky o velmi přesných rozměrech a vysoké čistotě povrchu, ovšem za cenu vyšší spotřeby energie. Převažující množství kovů a slitin zpracovávaných ve strojírenství se vyrábí v hutích klasickými metalurgickými procesy. Získá se tekutý kov, jehož složení se upraví přísadou legujících prvků a který se odlévá do kovových forem (kokil), ve kterých tuhne na tzv. ingot. Tyto ingoty mají nejčastěji průřez čtvercový, vhodný pro válcování tyčí, nebo obdélníkový, určený pro válcování plechů. Stále častěji se však dnes uplatňuje plynulé lití ingotů o nekonečné délce, na které navazuje kontinuální nebo klasické válcování. Tento postup lépe splňuje podmínky kladené na hromadnou výrobu v hutích. Lité ingoty není možno bezprostředně použít, neboť mají hrubé zrno a často obsahují vnitřní necelistvosti, např. bubliny apod. Účinkem dostatečně velkého tváření za tepla se dá rozrušit licí struktura, zrno se zjemní, velká část necelistvosti se odstraní a vlastnosti materiálu se zlepší. Tvářený materiál je proto zřetelně pevnější a plastičtější, hlavně ve směru předchozího tváření (ve směru "vláken"). Intenzívním tvářením za studena lze dosáhnout výrazného zvýšení pevnosti, ovšem za cenu poklesu tvárnosti; příkladem mohou být tažené pružinové dráty nebo ocelové struny dosahující pevnosti přes 3000 MPa. Lité ingoty se v hutích dále zpracují na hutní polotovary, tj. sochory, tyče, plechy a trubky, které jsou výchozím materiálem pro navazující strojírenskou výrobu. Převážně se zpracují ve válcovnách, válcováním na stolicích různého typu, u nichž tvar válců a jejich počet je určen tvarem vývalku (viz obr. 3.la-c). Vzájemně navazující stolice tvoří tzv. válcovací trať. Při válcování bezešvých trubek se zpracují duté polotovary. Téměř všechny tyče a trubky z neželezných kovů (i některé ocelové) se vyrábějí protlačováním za tepla (obr. 3. 1d. Na ohřátý materiál vložený do válcové průtlačnice působí lisovník, který velkou silou protlačuje tvárný kov přes otvor v průtlačnici. Takto je možno zhotovit jednoduché i velmi složité profily. Tyče a trubky o vysoké rozměrové přesnosti se vyrábějí tažením za studena (obr. 3.le) na tažných stolicích. Na obdobném principu je založeno tažení drátů. Válcované pásy vhodné šířky a téměř nekonečné délky se mohou v hutním závodě dále zpracovávat ohýbáním mezi vhodně tvarovanými (kalibrovanými) válci na ekonomicky velmi výhodné lehké nosné profily. Dále se mohou pásky svinovat a svařit na trubky (obr. 3.1f), které jsou podstatně levnější než bezešvé a v řadě

18 případů je mohou úplně nahradit. Obr. 3.1: Příklady výroby hutních polotovarů tvářením a) Válcování tyčí b) Válcování plechu c) Válcování bezešvých trub na "poutnické" stolici d) Výroba tyčí protlačováním za tepla e) Tažení tyčí za studena f) Výroba odporově svařovaných trubek Hutní polotovary se zpracují ve strojírenských závodech na výrobky konečného tvaru a vlastností. Mezistupněm jsou "strojírenské polotovary," k nimž patří např. výkovky, výlisky, výtažky, ohýbané díly, případně svařence. Jejich tvar se již blíží tvaru konečného výrobku, vyžadují však ještě dodatečné obrábění. Zvláštním případem jsou přesně tvářené díly, u nichž nutnost obrábění se snižuje na minimum, případně vůbec odpadá. Metody tváření ve strojírenském závodě je možno zásadně členit do dvou skupin, na tzv. tváření "objemové", vycházející hlavně z tyčí jako polotovaru, a tváření "plošné" vycházející z plechů a pásů, resp. svitků.

19 3.1. ZÁKLADY OBJEMOVÉHO TVÁŘENÍ Výchozím polotovarem objemového tváření jsou až na výjimky válcované sochory nebo tyče čtvercového případně kruhového průřezu, které se dělí na potřebnou délku, vyplývající z objemu budoucího výrobku. Pouze u těžkých výkovků se tvářením zpracují lité ingoty; u přesně tvářených dílů jsou naopak výchozím polotovarem tažené tyče nebo dráty přesných rozměrů. K hlavním metodám objemového tváření patří kování volné a zápustkové, dále pěchování a protlačování Ruční kováni Ruční volné kování je nejstarší, ale stále používanou metodou tváření kovů; Materiál ohřátý na dostatečně vysokou teplotu ( C u ocelí) se uchopí do kleští a tváří údery kladiva. Při tom kovář a pomocník používají vhodné nářadí a nástroje, které volí podle druhu operace a podle požadované změny tvaru. Základní nástroje a nářadí pro ruční kováni V menších kovárnách se materiál ohřívá v kovářských výhních různé konstrukce, které mohou být stabilní (viz obr. 3.2a) nebo přenosné (polní). Obr. 3.2: Kovářská výheň a kovadlina. Výheň má zděné nebo litinové ohniště; vzduch se vhání zespodu dmychadlem a jeho množství se reguluje šoupátkem. Kouřové plyny se odvádějí do odtahu. Jako palivo se používá drobné spékavé kamenné (kovářské) uhlí, které vytvoří kolem místa největšího žáru krustu, která omezuje vyzařování tepla. Výjimečně se používá uhlí dřevěné. Teplota ohřátého materiálu se vesměs určuje odhadem podle barvy, která se mění od tmavě červené po bílou:

20 700 C - tmavočervená 800 C - třešňová 850 C - světle červená 950 C - žlutočervená 1100 C - žlutá 1200 C - světle žlutá až bílá Přesnost odhadu značně ovlivňuje vnější osvětlení; spolehlivě lze podle barvy určit teplotu ohřátého materiálu jen v tmavší místnosti. Při překročení teploty 1250 C do běla rozžhavená ocel na vzduchu silně jiskří (oxiduje) a je nebezpečí jejího "spálení". Pracovní základnou kováře je kovadlina (obr. 3.2b), která musí mít dostatečnou hmotnost, l0x až 20x větší než hmotnost kladiva, obvykle 50 až 250 kg. Kovadlina má pracovní plochu zvanou dráha, která je na příčném řezu mírně vypouklá; na pravé straně přechází v kuželový roh, na levé v plochý roh se čtyřhranným otvorem pro vkládání pomocných nástrojů. Přední šikmá plocha kovadliny (vzdálenější od kovářského mistra) se označuje jako prsa. Kovadlina bývá usazena na dřevěném špalku nebo na plechovém sudu vyplněném pískem, aby se nárazy méně přenášely do půdy kovárny. Aktivními nástroji při ručním kování jsou kladiva; jednoruční mají hmotnost do 2 kg, dvouruční přitloukací mají hmotnost až 10 kg; pokud mají nos rovnoběžný s násadou, označují se jako příčná (křížová). Perlík je přitloukací kladivo s ploskou na obou stranách. S přitloukacími kladivy pracuje pomocník, mistr pracuje s jednoručním kladivem a dále s těmi nástroji, na které pomocník přitlouká. Obr Kovářské nástroje pro ruční práce Při kování je nezbytná řada pomocných nástrojů. Především materiál ohřátý ve výhni se drží v kleštích, které mají tvar kleštin přizpůsobený tvaru kovaného materiálu (obr. 3.3); rukojeti se mohou k sobě přitisknout sponou, aby je nemusel kovář svírat. Při práci s přitloukáním se používají osazovací a hladicí kladiva (sedlíky) různého tvaru, dále sekáče a průbojníky.

21 Do otvoru v dráze kovadliny se vsazují pomocné tvarové kovadlinky, např. babka s rovnou plochou, útinka pro odsekávání materiálu, vlček ve tvaru kužele pro ohýbání apod. Průbojníky se probíjejí kruhové anebo čtvercové otvory. K pomocnému nářadí patří také jednoduché zápustky, kterými se může kalibrovat průřez vykované tyče. S dalším nářadím bude možno se seznámit v průběhu praktického cvičení v dílně. Základní kovářské práce (obr. 3.4) Patří sem především pěchování, kterým se zvětšuje průřez polotovaru. Materiál se v určitém místě nahřeje a pěchuje údery působícími ve směru osy vykované tyče. Dále sem patří prodlužování, tj. kování do délky, kterého se dosahuje přímými rázy oblého ostří kladiva nebo údery ploskou kladiva na materiál položený napříč přes hranu kovadliny. Na tyči se přitom vytvářejí příčné nerovnosti, které se pak dodatečně hladí, např. sedlíkem. Osazováním se dosáhne buď jednostranného nebo oboustranného seškrcení polotovaru. Pokud má být místo osazení zaobleno, používá se oblého osazovacího kladiva místo ostrého. Sekáním se odděluje požadovaná délka materiálu. Seká se pomocí útinky a sekáče. Obvykle se tyč položí na útinku, údery kladiva se zasekne s jedné a druhé strany zásek a poté se ručním sekáčem materiál úplně přesekne. Kovář při tom drží materiál a sekáč, pomocník přitlouká dvojručním kladivem. Ohýbání materiálu je náročnou operací zvlášť tehdy, když se materiál nesmí v místě ohybu zeslabit. Ohýbá se přes hranu nebo přes roh kovadliny, případně přes čtyřhranný čep zasunutý do otvoru v dráze. Může se také použít ohýbací zápustka." Děrováním se prorážejí otvory. Průbojník se narazí nejprve s jedné strany a pak se s opačné strany vyrazí blána. Kalibrováním tyčí v zápustkách se současně hladí jejich povrch a zvyšuje rozměrová přesnost.

22 Možnosti ručního kování jsou omezeny hmotou a energií kladiva, která není dostatečná k tomu, aby se materiál většího průřezu protvářel. Výsledek je dále velmi závislý na zručnosti pracovníků a produktivita je poměrně malá. Proto se již před několika staletími začalo kovat strojně pod buchary ("hamry"), princip práce se však nezměnil Volné strojní kování Názvem "volné kování" se označuje tváření materiálů na bucharech (rázem) nebo lisech (tlakem). Používá se při tom universálních nástrojů, jejichž tvar je podobný činné části nástrojů používaných při ručním kování. Kování na bucharech je nejstarší metodou strojního kování a bezprostředně vzniklo z ručního kování tak, že kladivo je nahrazeno značně hmotnějším beranem o mnohonásobně vyšší energii rázu; kovadlina byla nahrazena šabotou. Původní "hamry" byly v podstatě jednočinné (padací) buchary, kde se beran strojně zvedal a volně padal na šabotu. Dnešní buchary pro volné kování jsou vesměs dvojčinné, tj. tlak pracovního media (vzduchu, páry) u nich působí střídavě na obě strany pístu, se kterým je spojen beran. Tím je beran jak zvedán, tak urychlován směrem k šabotě. Vhodně řešený rozvod umožňuje u těchto bucharů citlivě ovládat rychlost dopadu a tím také energii rázu. Běžně se používá pneumatický buchar, jehož schéma je znázorněno na obr Do drážek beranu a šaboty se klíny upevňují kovadla, která mohou být rovinná, oblá, kombinovaná nebo tvarová a v podstatě napodobují osvědčený tvar činných ploch nástrojů pro ruční kování. Také pomocné nářadí má funkční tvar odvozen od nářadí používaného pro ruční kování, je však přiměřeně rozměrnější, hmotnější a zhotoveno z kvalitnějších materiálů, neboť je mnohem více namáháno. Příklady kovadel a nářadí jsou rovněž znázorněny na obr Princip kování na bucharu je obdobný jako při ručním kování. Buchary značně zrychlily práci a hlavně umožnily tvářet i rozměrnější dílce. Nebylo však technicky možné zvyšovat energii rázu nad určitou hranici a tím byl opět limitován největší možný rozměr polotovaru, který lze na bucharech protvářet. Také hlučnost kování působí podle nových poznatků dosti vážné zdravotní potíže. Tyto nedostatky byly odstraněny teprve zavedením hydraulických lisů pro volné kování, které jsou však ve srovnání s buchary pomalejší, materiál' v průběhu kování více chladne a nelze proto na nich kovat menší díly. Volné kování na lisech Těžké a supertěžké výkovky, které mohou mít hmotnost i přes 100 tun, nelze kovat jinak než na hydraulických lisech. Z nich největší jsou dnes schopny vyvodit maximální kovací síly řádově 100 MN. Tváří se takto díly jaderných reaktorů, těžká kotlová tělesa pro chemickou výrobu, rotory turbin a podobné rozměrné a náročné díly. Vlastní kování může trvat s přestávkami pro výměnu nástrojů i mnoho hodin. Výchozím polotovarem jsou u těžkých výkovků vesměs lité kovářské ingoty. Větší pozornost bude této problematice věnována až v průběhu dalšího studia.

23 r. 3.5: Obr. 3.5 Schéma bucharu a nástrojů pro strojní kování Ob Výkovky zhotovené volným kováním mají společný nedostatek; nedají se až na výjimky zhotovit s vyšší přesností a kovou se proto se značnými přídavky na obrábění. Z toho automaticky vyplývá větší spotřeba materiálu a vyšší pracnost následního obrábění. Tyto nedostatky částečně odstranilo zápustkové kování zápustkové kování Při zápustkovém kování je materiál v plastickém stavu vtlačován do dutiny v ocelovém bloku (zápustky). Nemůže se volně šířit, a proto vytvoří otisk této dutiny. Kovací zápustka je vesměs dělená, aby bylo možno výkovek z dutiny vyjmout; horní a dolní polovina musí proti sobě přesně dosednout, aby výkovek nebyl přesazený. Do dělicí roviny mezi oběma polovinami zápustky se umisťuje dutina pro výronek, kam vytéká přebytek kovu, který se v dalších operacích ostřihne. Přesné vyplnění dutiny zápustky tvářeným kovem je totiž možné jen po splnění těchto podmínek:

24 Výchozí polotovar (předkovek) musí mít větší objem než výkovek. Tvar předkovku musí být předem přizpůsoben tvaru dutiny (obr. 3.6c), neboť materiál se šíří při pěchování stejnou rychlostí do všech stran (viz obr. 3.6b); je to důležité hlavně u delších dílů složitého tvaru. Stroj (buchar, lis) musí být schopen vyvodit dostatečnou energii rázu resp. dostatečně vysokou tvářecí sílu, mnohem vyšší než při volném kování, protože pohybu materiálu v zápustce brání tření i složitý tvar dutiny. Pro zápustkové kování se používají především buchary, dále klikové a vřetenové lisy (obr. 3.6). Buchary se hodí pro hlubší a členitější výkovky, klikové lisy pro plošší výkovky. Vřetenové lisy mají velký pracovní zdvih a jsou vhodné pro pěchovací operace, pro lisování menších výkovků, ohýbání, případně i ostříhávání. Výronky se však obvykle ostříhají na klikových nebo výstředníkových lisech. Obr. 3.6: a) Stroje pro zápustkové kování b) Schéma šíření materiálu c) příklady zápustkového kování