Vruće i hladno kovanje dva su različita procesa oblikovanja metala koji mogu dati slične rezultate. Kovanje je postupak korištenja određenih alata i opreme za deformiranje metala u unaprijed određeni oblik - deformacija se postiže pomoću postupaka vrućeg kovanja, hladnog kovanja ili čak toplog kovanja. U konačnici, proizvođači će razmotriti mnoge standarde prije odabira vrste kovanja koja je najprikladnija za određenu primjenu. U slučaju kada raspored zrnate strukture daje dijelu karakteristike usmjerenja, kovanje se koristi za poravnavanje zrna tako da mogu izdržati najveći stres s kojim će se dio susresti. Nasuprot tome, lijevanje i mehanička obrada obično imaju manju kontrolu nad rasporedom zrnatih struktura.
Postupak kovanja
Kovanje se definira kao stvaranje ili deformacija metala u njegovom čvrstom stanju. Mnogi procesi kovanja dovršavaju se presvlačenjem, pri čemu se čekić ili udarač pomiču vodoravno kako bi pritisnuli kraj šipke ili šipke kako bi se proširio i promijenio oblik kraja. Prije postizanja konačnog oblika, dio obično prolazi kroz kontinuirane radne stanice. Vijci visoke čvrstoće su na ovaj način 'hladni'. Ventil motora također je formiran utiskivanjem.
Kod kovanja s ispuštenim čekićem, dio se u kalupu zakucava u obliku gotovog dijela, što je vrlo slično kovanju s otvorenim kalupom kod kovača. U tom slučaju metal se ubija u željeni oblik uz nakovanj. Postoji razlika između otvorenog kovanja i zatvorenog kovanja. U kalupnom kovanju, metal nikada nije potpuno ograničen kalupom. U zatvorenim ili prešanim kalupima, kovani metal je ograničen između polovica kalupa. Uzastopno udaranje kalupa tjera metal u njegov oblik, a dvije polovice kalupa na kraju se susreću. Energija čekića može se dobiti parom ili pneumatskim, mehaničkim ili hidrauličkim sredstvima. U pravom kovanju s padajućim čekićem, sama gravitacija gura čekić prema dolje, ali mnogi sustavi koriste pomoć snage u kombinaciji s gravitacijom. Čekić daje niz relativno brzih udaraca male snage za zatvaranje kalupa.
U tlačnom kovanju, visoki tlak zamjenjuje veliku brzinu, a polovica kalupa se zatvara u jednom potezu koji obično osigurava pogonski vijak ili hidraulički cilindar. Kovanje čekićem obično se koristi za proizvodnju manjih dijelova, dok se kovanje prešanjem obično koristi za masovnu proizvodnju i automatizaciju. Polagana primjena tlačnog kovanja često bolje obrađuje unutrašnjost dijelova od udaranja čekićem, a obično se primjenjuje na velike visokokvalitetne dijelove kao što su pregrade zrakoplova od titana. Ostale specijalizirane metode kovanja razlikuju se ovisno o ovim osnovnim temama: na primjer, prstenovi ležajeva i veliki zupčanici izrađuju se kroz proces koji se naziva kovanje prstenova, koji može proizvesti bešavne kružne dijelove.
Vruće kovanje
Kada se komad metala kuje vruće, mora se znatno zagrijati. Prosječna temperatura kovanja potrebna za toplo kovanje različitih metala je:
Čelik do 1150 stupnjeva C
360 do 520 stupnjeva C za aluminijske legure
700 do 800 stupnjeva C (legura bakra)
U procesu vrućeg kovanja čelične gredice ili gredice se indukcijski zagrijavaju ili zagrijavaju na temperaturu iznad točke rekristalizacije metala u kovačkoj peći ili peći. Ova ekstremna toplina je neophodna kako bi se izbjeglo deformacijsko otvrdnjavanje metala tijekom deformacije. Zbog plastičnog stanja metala, može se izraditi u vrlo složene oblike. Metal održava duktilnost i duktilnost.
Za kovanje određenih metala, poput superlegura, koristi se vrsta vrućeg kovanja koja se naziva izotermno kovanje. Ovdje se kalup zagrijava približno na temperaturu trupca kako bi se izbjeglo površinsko hlađenje dijelova tijekom procesa kovanja. Kovanje se ponekad provodi u kontroliranoj atmosferi kako bi se smanjilo stvaranje kamenca oksida.
Tradicionalno, proizvođači odabiru vruće kovanje za proizvodnju dijelova jer ono omogućuje materijalu da se deformira u plastičnom stanju, čineći metal lakšim za obradu. Vruće kovanje se također preporučuje za deformaciju metala s visokom mogućnošću oblikovanja, što je pokazatelj koliko deformacije metal može izdržati bez stvaranja grešaka. Ostala razmatranja za vruće kovanje uključuju:
Izrada diskretnih dijelova
Srednja do niska preciznost
Nizak stres ili niska radna otpornost
Homogena struktura zrna
Povećajte duktilnost
Uklonite kemijsku nekompatibilnost i poroznost
Mogući nedostaci vrućeg kovanja uključuju:
Manje precizna odstupanja
Materijal se može iskriviti tijekom procesa hlađenja
Različite strukture metalnih zrna
Moguće reakcije između okolne atmosfere i metala (kamenac)
Hladno kovanje (ili hladno oblikovanje)
Hladno kovanje uzrokuje deformaciju metala ispod točke rekristalizacije. Hladno kovanje značajno poboljšava vlačnu čvrstoću i granicu tečenja dok smanjuje rastezljivost. Hladno kovanje obično se izvodi na temperaturi blizu sobne. Najčešći metal u primjenama hladnog kovanja obično je standardni čelik ili čelik od legure ugljika. Hladno kovanje je obično zatvoreni proces kalupljenja.
Kada je metal već mekan (kao što je aluminij), obično se preferira hladno kovanje. Ovaj postupak je obično jeftiniji od vrućeg kovanja, a konačni proizvod jedva da zahtijeva preciznu strojnu obradu. Ponekad, kada se metal hladno kuje u željeni oblik, toplinska obrada se provodi nakon uklanjanja zaostalog površinskog naprezanja. Zbog poboljšanja čvrstoće metala hladnim kovanjem, materijali niže kvalitete ponekad se mogu koristiti za proizvodnju uporabnih dijelova koji se ne mogu izraditi od istog materijala putem strojne obrade ili vrućeg kovanja.
Proizvođači mogu izabrati hladno kovanje umjesto vrućeg iz različitih razloga - jer hladno kovani dijelovi zahtijevaju malo ili nimalo precizne strojne obrade, a ovaj korak u procesu proizvodnje obično nije obavezan, čime se štedi novac. Hladno kovanje također je manje osjetljivo na probleme onečišćenja, što rezultira boljom ukupnom površinskom obradom komponenti. Druge prednosti hladnog kovanja uključuju:
Lakše dodijeliti karakteristike usmjerenja
Poboljšajte ponovljivost
Povećajte kontrolu veličine
Rukovanje visokim stresom i velikim opterećenjem kalupa
Proizvodnja čistih ili gotovo čistih dijelova
Neki mogući nedostaci uključuju:
Metalna površina mora biti čista i bez oksidnih naslaga prije kovanja
Slaba duktilnost metala
Može doći do zaostalog naprezanja
Potrebna teža i snažnija oprema
Trebaju moćniji alati
Toplo kovanje
Toplo kovanje se provodi na temperaturama nižim od temperature rekristalizacije, ali višim od sobne temperature kako bi se prevladali nedostaci i stekle prednosti toplog i hladnog kovanja. Stvaranje oksidne opne nije problem, au usporedbi s vrućim kovanjem, tolerancija može biti manja. U usporedbi s hladnim kovanjem, cijena kalupa je niža, a niža je i sila potrebna za izradu. U usporedbi s hladnom obradom, smanjuje deformacijsko otvrdnjavanje i poboljšava duktilnost.
Primjena
U automobilskoj industriji kovanje se koristi za proizvodnju dijelova ovjesa kao što su pomoćna ruka i osovina i dijelova pogonskog sklopa kao što su klipnjača i zupčanici prijenosa. Otkovci se obično koriste za stabljike ventila cjevovoda, tijela ventila i prirubnice, ponekad izrađene od legure bakra radi povećanja otpornosti na koroziju. Ručni alati poput ključeva obično su kovani, s mnogo žičane užadi