Kovanie za tepla a kovanie za studena sú dva rôzne procesy tvárnenia kovov, ktoré môžu poskytnúť podobné výsledky. Kovanie je proces, pri ktorom sa používajú určité nástroje a zariadenia na deformáciu kovu do vopred určeného tvaru - deformácia sa vykonáva pomocou kovania za tepla, kovania za studena alebo dokonca kovania za tepla. V konečnom dôsledku výrobcovia zvážia mnoho noriem pred výberom typu výkovku, ktorý je najvhodnejší pre konkrétnu aplikáciu. V prípade, že usporiadanie zrnitej štruktúry dodáva dielu smerové charakteristiky, používa sa kovanie na vyrovnanie zŕn tak, aby odolali najväčšiemu namáhaniu, ktorému bude dielec čeliť. Naproti tomu odlievanie a mechanické spracovanie majú zvyčajne menšiu kontrolu nad usporiadaním štruktúr zŕn.
Proces kovania
Kovanie je definované ako tvorba alebo deformácia kovu v pevnom stave. Mnoho procesov kovania je dokončených ubíjaním, pri ktorom sa kladivo alebo úderník pohybuje horizontálne, aby pritlačil na koniec tyče alebo tyče, aby sa rozšíril a zmenil tvar konca. Pred dosiahnutím konečného tvaru dielec zvyčajne prechádza súvislými pracoviskami. Vysokopevnostné skrutky majú týmto spôsobom „studenú hlavu“. Ventil motora je tiež vytvorený upchatím.
Pri kovaní zápustkovým kladivom je dielec vo forme tepaný do tvaru hotového dielu, čo je veľmi podobné otvorenému zápustkovému kovaniu kováča. V tomto prípade sa kov zatĺka do požadovaného tvaru proti nákove. Existuje rozdiel medzi otvoreným kovaním a kovaním uzavretým zápustkovým kovaním. Pri zápustkovom kovaní nie je kov nikdy úplne obmedzený formou. V uzavretých alebo lisovaných formách je kovaný kov obmedzený medzi polovičnými formami. Opakované zatĺkanie do formy pritlačí kov do svojho tvaru a obe polovice formy sa nakoniec stretnú. Energia kladiva môže byť poskytovaná parou alebo pneumatickými, mechanickými alebo hydraulickými prostriedkami. Pri kovaní so skutočným padacím kladivom samotná gravitácia tlačí kladivo nadol, ale mnohé systémy využívajú pomocnú silu kombinovanú s gravitáciou. Kladivo poskytuje sériu relatívne vysokej rýchlosti a nízkej sily úderov na zatvorenie formy.
Pri tlakovom kovaní vysoký tlak nahrádza vysokú rýchlosť a polovica formy sa uzatvorí jediným zdvihom, ktorý zvyčajne zabezpečuje hnacia skrutka alebo hydraulický valec. Kovanie na kladive sa zvyčajne používa na výrobu menších dielov, zatiaľ čo kovanie na lise sa zvyčajne používa na hromadnú výrobu a automatizáciu. Pomalá aplikácia tlakového kovania často spracováva vnútro dielov lepšie ako tepovanie a zvyčajne sa používa na veľké vysokokvalitné diely, ako sú titánové priečky lietadiel. Ďalšie špecializované metódy kovania sa líšia v závislosti od týchto základných tém: napríklad ložiskové krúžky a veľké ozubené krúžky sa vyrábajú procesom nazývaným kovanie valivých krúžkov, ktorý môže produkovať bezšvíkové kruhové diely.
Kovanie za tepla
Keď je kus kovu kovaný za tepla, musí sa výrazne zahriať. Priemerná teplota kovania potrebná na kovanie rôznych kovov za tepla je:
Oceľ do 1150 stupňov C
360 až 520 stupňov C pre hliníkové zliatiny
700 až 800 stupňov C (zliatina medi)
V procese kovania za tepla sa oceľové predvalky alebo predvalky indukčne zahrievajú alebo zahrievajú na teplotu nad bodom rekryštalizácie kovu v kovacej peci alebo peci. Toto extrémne teplo je nevyhnutné, aby sa zabránilo deformačnému spevneniu kovov počas deformácie. Vďaka plastickému stavu kovu z neho môžu byť vyrobené pomerne zložité tvary. Kov si zachováva ťažnosť a ťažnosť.
Na kovanie určitých kovov, ako sú superzliatiny, sa používa typ kovania za tepla nazývaný izotermické kovanie. Tu sa forma zahrieva približne na teplotu predvalku, aby sa zabránilo povrchovému ochladzovaniu dielov počas procesu kovania. Kovanie sa niekedy vykonáva v kontrolovanej atmosfére, aby sa minimalizovala tvorba oxidových okují.
Tradične si výrobcovia vyberajú na výrobu dielov kovanie za tepla, pretože umožňuje deformáciu materiálu v plastickom stave, čo uľahčuje obrábanie kovu. Kovanie za tepla sa odporúča aj pri deformácii kovu s vysokou tvárnosťou, čo je indikátorom toho, koľko deformácií kov vydrží bez toho, aby spôsobil chyby. Ďalšie úvahy pre kovanie za tepla zahŕňajú:
Výroba samostatných dielov
Stredná až nízka presnosť
Nízky stres alebo nízka pracovná tvrdosť
Homogénna štruktúra zŕn
Zvýšte ťažnosť
Odstráňte chemickú nekompatibilitu a pórovitosť
Možné nevýhody kovania za tepla zahŕňajú:
Menej presné tolerancie
Materiál sa môže počas chladenia zdeformovať
Rôzne štruktúry kovových zŕn
Možné reakcie medzi okolitou atmosférou a kovmi (tvorba vodného kameňa)
Kovanie za studena (alebo tvárnenie za studena)
Kovanie za studena spôsobuje deformáciu kovu pod bodom rekryštalizácie. Kovanie za studena výrazne zlepšuje pevnosť v ťahu a medzu klzu a zároveň znižuje ťažnosť. Kovanie za studena sa zvyčajne vykonáva pri izbovej teplote. Najbežnejším kovom v aplikáciách kovania za studena je zvyčajne štandardná oceľ alebo uhlíková legovaná oceľ. Kovanie za studena je zvyčajne proces s uzavretou zápustkou.
Keď je kov už mäkký kov (ako je hliník), zvyčajne sa uprednostňuje kovanie za studena. Tento proces je zvyčajne lacnejší ako kovanie za tepla a konečný produkt si sotva vyžaduje presné obrábanie. Niekedy, keď je kov kovaný za studena do požadovaného tvaru, tepelné spracovanie sa vykonáva po odstránení zvyškového povrchového napätia. Kvôli zlepšeniu pevnosti kovu kovaním za studena môžu byť niekedy použité materiály nižšej kvality na výrobu použiteľných dielov, ktoré nemožno vyrobiť z rovnakého materiálu obrábaním alebo kovaním za tepla.
Výrobcovia si môžu zvoliť kovanie za studena pred kovaním za tepla z rôznych dôvodov – pretože diely kované za studena vyžadujú malé alebo žiadne presné obrábanie a tento krok vo výrobnom procese je zvyčajne voliteľný, čím sa šetria peniaze. Kovanie za studena je tiež menej náchylné na problémy so znečistením, čo vedie k lepšej celkovej povrchovej úprave komponentov. Medzi ďalšie výhody kovania za studena patria:
Jednoduchšie priradenie smerových charakteristík
Zlepšite reprodukovateľnosť
Zvýšte kontrolu veľkosti
Zvládanie vysokého napätia a vysokého zaťaženia foriem
Výroba čistých alebo takmer čistých dielov
Niektoré možné nevýhody zahŕňajú:
Kovový povrch musí byť pred kovaním čistý a zbavený oxidov
Zlá ťažnosť kovov
Môže sa vyskytnúť zvyškový stres
Potrebujete ťažšie a výkonnejšie zariadenia
Potrebujete výkonnejšie nástroje
Teplé kovanie
Kovanie za tepla sa vykonáva pri teplotách nižších ako je teplota rekryštalizácie, ale vyšších ako je teplota miestnosti, aby sa prekonali nedostatky a získali sa výhody kovania za tepla a za studena. Vytváranie oxidovej kože nie je problém a v porovnaní s kovaním za tepla môže byť tolerancia menšia. V porovnaní s kovaním za studena sú náklady na formu nižšie a sila potrebná na výrobu je tiež nižšia. V porovnaní s tvárnením za studena znižuje deformačné spevnenie a zlepšuje ťažnosť.
Aplikácia
V automobilovom priemysle sa kovanie používa na výrobu dielov zavesenia, ako je rameno a náprava napínacieho hriadeľa, a dielov hnacieho ústrojenstva, ako je ojnica a prevodovka. Výkovky sa bežne používajú pre drieky potrubných ventilov, telesá ventilov a príruby, niekedy vyrobené zo zliatiny medi na zvýšenie odolnosti proti korózii. Ručné nástroje, ako sú kľúče, sú zvyčajne kované s mnohými drôtenými lanami