SadrajSadraj...1 Uvod..................................2 Princip obrade metala kovanjem (plastinim deformisanjem)..3 Mehanizam plastinog deformisanja tela..5 Uslovi koje treba da zadovolji maina za kovanje7 Sabijanje8 Osnovni elementi obradnih sistema.10 Maine alatke za obradu materijala kovanjem11 Postupak kovanja i elementi..12 Alati za kovanje...16 Literatura 19

1

OBRADA METALA KOVANjEM

1.

UVOD

Razvoj maina i alatki iao je upredo sa razvojem ljudskog drutva. U najstarije doba ovek nije imao nikakvog alata niti maina, ve je potrebe za istim obavljao sopstvenom snagom. Poveanjem zajednice, poveavali su se i prohtevi i potrbe ljudi, pa se nametnula nuna potreba da se pronalaze novi alati, orua i maine kako bi se lake i bre dolazilo do obezbeenja ivotnih namirnica. Prvobitni alat raen je od kamena, drveta, a neto kasnije njihovom kombinacijom, a tek mnogo kasnije pojavljuje se metal kao zamena za kamen i drvo, jer je isti bio dugotrajniji i pogodniji za tadanje potrbe. Upravo pronalazak metala i poetak njegove primene u izradi alata i orua mnogo doprinosi napretku oveanstva i to mnogo bre nego to je do tada bilo. Smatra se da je grnarski toak pretea maina alatki tj. dananjeg struga. Potrebe drutva za opstankom, boljim ivotom, malim fizikim naporom, stalno podstiu na nove izume, kako u alatima, oruima i mainama, tako i njihovom materijalu, oblikovanju istog i konstruktivnim izmenama i prilagoavanjima. Ipak i ovaj razvoj nije iao tako brzo, ni tako ravnomerno. Na primer grnarski toak pronaen je jo pre nove ere, a prvi strug tek 1794. god. u Engleskoj. Prvi strug sa klizeim nosaem alata pronaen je 1810.god. i sa stepenastim menjaem brojeva obrtanja. Do kraja devetnestog veka pronaen je i usavren veliki broj maina i alata koji se i danas koriste. Prve maine nisu mogle ostvarivati ni velike brzine, niti su mogle raditi dovoljno sigurno i precizno. Znaaj obrade materijala kovanjem za dananje uslove je veoma velik, bez njega se ne bi moglo ni zamisliti novi nain proizvodnje, jer je kovanje u mainskoj industriji ne zamenjivo i ima masovnu primenu.2

2. PRINCIP OBRADE METALA KOVANjEM (PLASTIN IM DEFORMISANJEM)

Metali kao kristalne strukture poseduju svojstva plastinog deformisanja u hladnom i toplom stanju. Ovo slui kao osnova za niz metoda obrade metala plastinim deformisanjem, sa i bez odvajanja, koje se primenjuju u svim industrijama metalo prerade. Sve metode obrade plastinim deformisanjem uglavnom definise odgovarajui alat, za razliku od obrade rezanjem gde metode definie, pre svega kinematika, odnosno maina. U odnosu na druge metode obrade, obrada plastinim deformisanjem ima niz prednosti, kao: Jednostavna kinematika obradnih sistema. Jednim hodom izvrnog organa maine mogu se oblikovati sloeni elementi. Delovi, posle obrade plastinim deformisanjem , imaju poboljana mehanika svojstva. Postoje dobre mogunosti mehanizacije i automatizacije procesa. Stepen iskorienja materijala je vrlo visok, i dr.

Meutim, obrada kovanjem ima odreene nedostatke, kao: Ekonominost primene samo u serijskoj proizvodnji i masovnoj proizvodnji. Potreba za vrlo velikim deformacionim silama; znai teke i robusne maine. Relativno skupi alati, i dr.

3

Plastino deformisanje nastaje kada naponi u materijalu preu granicu teenja, dok pri daljem poveanju napona dolazi i do potpunog razdvajanja materijala.

4

2.1 MEHANIZAM PLASTINOG DEFORMISANJA TELA

Metali su vrsta tela kristalne grae, tj. atomi su rasporeeni zakonomerno u kristalne reetke. Veina metala je kristalna u tri prostorne kristalne reetke: kubnu, tetragonalnu i heksagonalnu. Gotovo sva svojstva metala zavise od njihove kristalne strukture. Plastino deformisanje je vrlo sloen proces, a pojavljuje se kao posledica prinudnog trajnog pomeranja grupe atoma u kristalima metala.

Slika 1- Pomeranje dislokacije kristalne reetke pri plastinom deformisanju

Na slici 1 prikazano je pomeranje dislokacije kristalne reetke pri plastinom deformisanju. Inae, teorija dislokacije danas je vrlo razvijena i slui za objanjenje niza pojava.

5

Slika 2- Shema dvojnikovanja Pri dvojnikovanju se delovi materijala pomeraju proporcionalno rastojanju od ravni dvojnikovanja. Dvojnikovanje se uglavnom pojavljuje pri dinamikim deformacionim silama, dok je klizanje ee pri statikim deformacionim silama. U optem sluaju obrada plastinim deformisanjem grubo se deli na obradu u: hladnom stanju i toplom stanju. Pri obradi na hladno dolazi do promene mehanikih svojstava materijala, odnosno, dolazi do pojave poveanja vrstoe materijala, tzv. ovravanja. U koliko se obrada vri u toplom stranju , tj. iznad temperature rekristalizacije , u materijalu se istovremeno vri proces ovravanja i proces rekristalizacije, tj. vraanja na poetna mehanika svojstva.

U obradi metala plastinim deformisanjem glavni faktori obrade su: deformaciona sila F , i deformacioni rad W.

6

Poznavanje deformacione sile i deformacionog rada je potrebno radi prorauna vrstoe elemenata alata i izbora maina sa odgovarajuim tehnikim karakteristikama za odreeni metod obrade plastinim deformisanjem. Zato je uvek potrebno odrediti najveu defornacionu silu i ukupan deformacioni rad.

2.2 USLOVI KOJE TREBA DA ZADOVOLJI MAINA ZA KOVANJE

Cilj i glavni zahtev svake proizvodnje jeste da proizvod bude uraen to: tanije, kvalitetnije, jeftinije i bre

Da bi se ovi zahtevi mogli ispuniti potrbno je da maina za kovanje ispuni sledee uslove: da radi brzo i tano (po konstruktivnoj mogunosti), da ima to manji utroak elektrine energije, da rad na maini mogu sa to manje fizikim angaovanjem oveka, kao i da je dobro zatiena da ne dolazi do povrede radnika, da je to je mogue prostije konstrukcije, kako bi rukovanje njome bilo lako i brzo, da zauzima to manje prostora, da joj cena ne bude visoka da se lako moe adaptirati na promene tehnolokog procesa, itd.

Na kraju jedna maina sve zahteve gore nabrojane ne moe da zadovolji maksimalno, ali studiozna analiza kompetentnih strunjaka iz ove oblasti, moe dati optimalne parametre, koji nas jasno upuuju na odreenu mainu ili odreene grupe maina.

7

2. SABIJANJE Obrada sabijanjem u sutini predstavlja zapreminsko oblikovanje materijala na presama i ekiima. Sabijanje moe biti slobodno i u kalupima. U zavisnosti od brzine deformisanja, postoji dinamiko i statiko sabijanje. Na ekiima se ostvaruje dinamiko sabijanje i naziva se kovanje , dok se na presama, gde su brzine deformisanja male , ostvaruje se statiko sabijanje, koje se esto naziva presovanje. Tako su najvee brzine deformisanja : za kovake ekie Vmax=5-9 m/s, za krivajne prese Vmax=0,3-0,7m/s, i za hidrauline prese Vmax=0,03-0,6m/s.

Pri slobodnom sabijanju bez trnja telo , posle deformisanja, zadrava slian geometriski oblik. Na ( slici 3) prikazano je telo valjkastog oblika pre i posle deformisanja.

Slika 3-Deformisanje pri slobodnom sabijanju bez trenja Ucrtana mrea pokazuje da se svaki deo materijala isto deformisao. Meutim , na eonim dodirnim stranama izmeu materijala obratka i povrine pritiskivaa, odnosno stola maine, postoji spoljanje , kontaktno trenje koje ometa bono8

irenje metala (slika 4). Ucrtana mrea pokazuje shematski da se pojedini delovi materijala nejednako deformiu.

Slika 4-Deformisanje pri slobodnom sabijanju sa trenjem

Na telu, koje je deformisano sa trenjem, uoavaju se tri zone deformisanja. Zona I predstavlja zonu ometanog irenja zbog kontaktnog trnja, zona II predstavlja zonu bonog irenja i zona III predstavlja glavnu zonu deformisanja. Pri veim stepenima deformacije na bonim povrinama deformisanog tela mogu se pojaviti naponi istezanja, pa ak i pukotine, to je naravno, nepoeljna pojava.

Pri sabijanju u kalupima ne pojavljuju se dodatni deformacioni otpori u odnosu na slobodno sabijanje. Sa gledita odreivanja deformacione sile kalupi mogu da biti: otvoreni i rastavljeni.

9

Kod otvorenih kalupa udubljenje u kojim se vri oblikovanje obratka nalazi se na samo jednom delu, dok se kod rastavljenih kalupa udubljenja nalaze na dva dela alata, koja se mogu rastaviti

3. OSNOVNI ELEMENTI OBRADNIH SISTEMA

Osnovni elementi obradnih sistema pri obradi delova kovanjem ili ire, sistema za oblikovanje, sastoji se od: maina alatki, alata, pomonih ureaja, elemenata za mehanizaciju pojedinih operacija i sl.

Kao elementi sistema za oblikovanje u irem smislu, uzimaju se postrojenja za: zagrevanje materijala, proizvodnju pare, pogonske hidrauline grupe i dr.

10

3.1 MAINE I ALATKE ZA OBRADU MATERIJALA KOVANJEM U obradi kovanjem metoda je definisana pre svega alatom. Zato u ovom sluaju ne postoji tako stroga podela maina prema metodama obrade, kao kod maina alatki za obradu rezanjem.

Osnovne karakteristike maina alatki za obradu kovanjem u optem sluaju (posebno u odnosu na maine alatke za obradu rezanjem) svode se na sledee: relativno jednostavan kinematiki sistem znatna masa maina zbog velikih deforbacionih sila, relativno jednostavno upravljanje, potreba za pouzdanim sistemima za bezbedno rukovanje od strane proizvodnih radnika, relativno je jednostavno ostvariti mehanizaciju I automatizaciju rukovanja materijalom, i dr.

4. POSTUPAK KOVANJA I ELEMENTI Za ostvarenje deformacione sile i deformacionog rada kod ekia se koristi kinetika energija pokretnih masa. Postoje ekii prostog dejstva-pokretan samo malj i ekii i dvostrukog dejstva-pokretni i malj i nakovanj. ekii se koriste za predhodno zapreminsko oblikovanje delova slobodnim kovanjem ili za kovanje u kalupima se vie uzastopnih udaraca maljem, gde je materijal u toplom stanju. Orjentacione temperature kovanja su: za elik 1100-1250C, zakarne legure 750-925C, zagnezijumske legure 315C, i aluminijumske legure 370-450C11

Slika 5-Izgled i osnovni delovi slobodno-padnog ekia

12

Na (slici 5) prikazan je izgled jednog slobodno padnog ekia sa osnovnim delovima. Ovi ekii su prostog dejstva gde se kinetika energija dobija slobodnim padom malja. Malj se podie u gornji poloaj koristei vazduni ili parni cilindar. Masa malja se kod razliitih konstrukcija kree od 225kg do 4500kg. Na (slici 6) prikazan je izgled i osnovni delovi jednog parnog ekia prostog dejstva sa otvorenom ramnom konstrukcijom. Ovde parni cilindar slui za ubrzavanje i podizanje malja ekia. Sline konstrukcije su i vazduni eki, gde se umesto parnog cilindra koriste vazduni cilindri koji su povezani sa kompresorom.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

zatitni poklopac cilindar ventil ram ruice malj kalupi nakovanj

Slika 6-Izgled i osnovni delovi parnog ekia

13

Vazduni horizontalni eki dvostrukog dejstva prikazan je na (slic 7). Pomou dva vazduna cilindra suprotnosmerno se kreu ekii. To su uglavnom manje maine, a manji delovi se oblikuju u hladnom stanju.

Slika 7-Vazdusni horizontalni eki dvostrukog dejstva

14

esto su osnovni delovi automatizovanih sistema, gde je automatizovano rukovanje materijalom. Na (slici 8) prikazan je jo jedan princip rada ekia dvostrukog dejstva. Gornji malj koji se pokree pomou pneumatskog cilindra, povezan je sa donjim maljem pomou snopa elinih traka prebaenih preko tokova. Na taj nain se oba malja kreu suprotnosmerno u posebnim voicama. eline trake su vezane sa maljevima preko amortizera u cilju spreavanja kidanja traka u trenutku sudara. Ovi ekii se koriste za kovanje u alatima (kalupima) gde se zahteva posebno pridravanje materijala.

Slika 8-Shema rada ekia dvostrukog dejstva sa elinim trakama

15

Za slobodno kovanje se najee upotrebljavaju manji ekii sa prinudnim kretanjem malja pomou pogonskog mehanizma krivaje, ekscentra i sl. Malj i pogonski mehanizam su vezani preko odgovarajueg amortizera radi spreavanja loma nekog elementa pogonskog mehanizma pri prodiranju malja u materijal. Najee se koristi vazduna i opuna amortzacija.

5. ALATI ZA KOVANJE

Alati za obradu plastinim deformisanjem odnosno kovanjem predstavljaju deo obradnog, ili ire, sistema za oblikovanjem. Oni direktno definiu sam metod obrade. Za razliku od obrade rezanjem , u obradi kovanjem, praktino svaki alat je specijalan, jer su njegovi radni organi prilagoeni obliku dela. Meutim, za pojedine pripremne radnje, kao pri slobodnom kovanju, postoje i alati univerzalne namene. Generalno posmatrano, alati za obradu kovanjem su relativno skupi, pa su ekonomini samo u primeni u serijskoj i masovnoj proizvodnji.

U grupu alata za kovanje spadaju pomoni alati za slobodno kovanje i kalupi za kovanje u kalupima. Slobodnim kovanjem se deformisanje materijala vri samo izmeu malja i nakovnja. U tom sluaju pomoni alati slue za: pridravanje materijala, izradu udubljenja, savijanje, i sl. Kalupi za kovanje se dele na: otvorene i rastavljene.16

Kod otvorenog kalupa udubljenje je izraeno samo u jednom, donjem delu kalupa (slika 9). Deformisanje materijala se vri sa vie uzastopnih udaraca malja ekia ili pritiskivaa prese. Viak materijala se bono razliva stvarajui venac koji se kasnije odseca.

Slika 9-Otvoren kalup za kovanje

Na (slici 10) prikazan je izgled jednog rastavljenog kalupa sa osnovnim delovima. Za sloenije delove koristi se vie pari kalupa, i to za pripremno i zavrno kovanje. U pojedinim sluajevima se pripremni oblik dela ostvaruje slobodnim kovanjem. Crte dela otkovka i tehnoloki proces su osnova za projektovanje alata za kovanje, gde se posebno mora voditi rauna o obliku udubljenja radi lakeg teenja materijala. Isti tako vaan je i oblik i veliina kanala za stvaranje venaca.

17

Slika 10-Izgled rastavljenog kalupa

18

LITERATURA: 1. Milisav Kalajdi - Tehnologija mainogradnje, Beograd 1988.god. 2. Mikovi N. I Mikovi V. Teorija plastine obrade metala, Tehn-metalurki fak. Beograd 1977.

19