51
ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA Diplomsko delo Študent(ka): Dario ČIVIĆ Študijski program: Univerzitetni študijski program 1. stopnje Strojništvo Smer: Proizvodne tehnologije in sistemi Mentor: doc. dr. Leo Gusel Somentor: red. prof. dr. Borut Buchmeister Maribor, September 2014

ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

I

ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA

PREOBLIKOVANJA

Diplomsko delo

Študent(ka): Dario ČIVIĆ

Študijski program: Univerzitetni študijski program 1. stopnje Strojništvo

Smer: Proizvodne tehnologije in sistemi

Mentor: doc. dr. Leo Gusel

Somentor: red. prof. dr. Borut Buchmeister

Maribor, September 2014

Page 2: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

II

Vložen original sklepa o

potrjeni temi diplomskega dela

Page 3: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

III

I Z J A V A

Podpisani Dario ČIVIĆ izjavljam, da:

je bilo predloţeno diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom doc. dr.

Lea GUSELA in somentorstvom red. prof. dr. Boruta BUCHMEISTERA;

predloţeno diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloţeno za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjiţnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, 1.9.2014 Podpis: ___________________________

Page 4: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

IV

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Leu GUSELU in

somentorju red. prof. dr. Borutu BUCHMEISTERU za

pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela.

Zahvaljujem se tudi podjetju Metal Ravne za

posredovane podatke, ki so mi olajšali izdelavo

diplomskega dela.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili

študij.

Page 5: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

V

ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA

Ključne besede: masivno preoblikovanje, kovanje, valjanje, iztiskavanje, vlečenje, Metal

Ravne

UDK: 621.73+621.77(043.2)

POVZETEK

Postopki masivnega preoblikovanja predstavljajo pomembno vejo obdelave različnih vrst

kovin. V uvodu diplomskega dela so v strnjeni obliki opisane kovine in kovinske zlitine, ki jih

najpogosteje preoblikujemo s postopki masivnega preoblikovanja. Jedro diplomskega dela se

osredotoča na teoretične osnove postopkov kovanja, valjanja, iztiskavanja in vlečenja. Za

boljšo predstavo postopkov so na kratko opisani tudi stroji, ki se uporabljajo pri prej

omenjenih postopkih. V zaključku diplomskega dela je na kratko predstavljena uporaba

postopkov masivnega preoblikovanja v praksi in sicer v podjetju Metal Ravne, kjer dobimo še

zadnjo potrditev, da je ta način obdelave kovin zelo kompleksen in uporaben.

Page 6: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

VI

ANALYSIS OF SELECTED BULK METAL FORMING PROCESSES

Key words: bulk metal forming processes, forging, rolling, extrusion, drawing, Metal Ravne

UDK: 621.73+621.77(043.2)

ABSTRACT

Bulk metal forming processes represent an important branch of processing different types of

metals. In the introduction of the diploma metals and metal alloys, which are most commonly

shaped by processes of bulk metal forming, are described in compact form. The core of the

diploma focuses on the theoretical basis of the processes of forging, rolling, extrusion and

drawing. To get a better picture of processes machines, which are used in aforementioned

proceedings, are described in short shape. In the conclusion of the diploma is in short shape

presented use of bulk metal forming processes in practice, in the company Metal Ravne,

where we get final confirmation that this way of forming of metals is very complex and useful.

Page 7: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

VII

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ................................................................................................................................ - 1 -

1.1 Opredelitev in opis problema ....................................................................................... - 1 -

1.2 Namen, cilji, teze ......................................................................................................... - 1 -

1.3 Predpostavke in omejitve ............................................................................................. - 2 -

1.4 Predvidene metode diplomskega dela: ........................................................................ - 2 -

2 MATERIALI ..................................................................................................................... - 3 -

2.1 Ţelezove zlitine ............................................................................................................ - 3 -

2.2 Aluminij in aluminijeve zlitine .................................................................................... - 4 -

2.3 Baker in bakrove zlitine ............................................................................................... - 4 -

3 DELITEV POSTOPKOV PREOBLIKOVANJA ......................................................... - 6 -

4 KOVANJE ......................................................................................................................... - 7 -

4.1 Prosto kovanje .............................................................................................................. - 8 -

4.2 Utopno kovanje ............................................................................................................ - 9 -

4.3 Posebni postopki kovanja .......................................................................................... - 10 -

4.4 Stroji ........................................................................................................................... - 12 -

5 VALJANJE ..................................................................................................................... - 14 -

5.1 Vzdolţno valjanje ...................................................................................................... - 14 -

5.2 Prečno valjanje ........................................................................................................... - 15 -

5.3 Poševno valjanje ........................................................................................................ - 15 -

5.4 Posebni postopki valjanja .......................................................................................... - 16 -

5.5 Stroji ........................................................................................................................... - 18 -

6 IZTISKAVANJE ............................................................................................................ - 19 -

6.1 Toplo iztiskavanje profilov ........................................................................................ - 20 -

6.2 Hladno iztiskavanje posameznih delov ...................................................................... - 20 -

6.3 Hidrostatično iztiskavanje .......................................................................................... - 21 -

6.4 Stroji ........................................................................................................................... - 21 -

7 VLEČENJE ..................................................................................................................... - 22 -

7.1 Vlečenje palic in ţice ................................................................................................. - 23 -

7.2 Vlečenje cevi .............................................................................................................. - 24 -

Page 8: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

VIII

8 METAL RAVNE ............................................................................................................ - 26 -

8.1 Na kratko o podjetju .................................................................................................. - 26 -

8.2 Strojna oprema ........................................................................................................... - 27 -

8.3 Stroški opreme in proizvodnje ................................................................................... - 31 -

8.4 Primer izdelave jeklenih palic v Metalu Ravne ......................................................... - 32 -

SKLEP ................................................................................................................................ - 37 -

SEZNAM OBJAVLJENIH VIROV ................................................................................ - 38 -

SEZNAM INTERNETNIH VIROV ................................................................................ - 39 -

Page 9: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

IX

KAZALO SLIK

Slika 1 - Delitev postopkov preoblikovanja [17]................................................................... - 6 -

Slika 2 - Kovani izdelki [18] ................................................................................................. - 7 -

Slika 3 - Prikaz prostega kovanja [22]................................................................................... - 8 -

Slika 4 - Pomembne dimenzije v utopu [26] ......................................................................... - 9 -

Slika 5 - Vodoravno kovanje [21] ....................................................................................... - 10 -

Slika 6 - Rotacijsko kovanje [21] ........................................................................................ - 11 -

Slika 7 - Hidravlična stiskalnica [21] .................................................................................. - 13 -

Slika 8 - Vzdolţno valjanje [17] .......................................................................................... - 14 -

Slika 9 - Prečno valjanje kolutov [21] ................................................................................. - 15 -

Slika 10 - Poševno valjanje cevi [21] .................................................................................. - 15 -

Slika 11 - Kovaško valjanje [17] ......................................................................................... - 17 -

Slika 12 - Iztiskavanje [17] .................................................................................................. - 19 -

Slika 13 - Vlečenje [22] ....................................................................................................... - 22 -

Slika 14 - Vlečenje ţice [21] ............................................................................................... - 23 -

Slika 15 - Metal Ravne [20] ................................................................................................ - 26 -

Slika 16 - Kovanje Metal Ravne [20] .................................................................................. - 28 -

Slika 18 - Tehnološka shema proizvodnje jeklenih izdelkov [20] ...................................... - 32 -

Slika 19 - Postopek izdelave ingotov [24] ........................................................................... - 33 -

Slika 20 - Proces valjanja in vlečenja [24] .......................................................................... - 35 -

Page 10: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

X

UPORABLJENI SIMBOLI

s - širina

AIZK - tlorisna ploskev odkovka

Page 11: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

XI

UPORABLJENE KRATICE

IT - International tolerance

mio - milijonov

EUR - evri

VPP - vakumska ponovčna peč

C - ogljik

Cr - krom

Mo - molibden

V - vanadij

W - volfram

Co - kobalt

Min. - minimalno

Mas. - masni

CaSi - kalcijev silicid

UZ - ultra zvok

Page 12: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 1 -

1 UVOD

1.1 Opredelitev in opis problema

Postopki preoblikovanja so ţe več stoletij nenadomestljiv del obdelave različnih materialov.

V tem času so zaradi povečanih zahtev trga, tako kvalitativnih kot tudi kvantitativnih,

napredovali v mnogih pogledih. Moţno je preoblikovati trdnejše in bolj ţilave materiale do

večje natančnosti kot v preteklosti, in to v krajših obdelovalnih časih. Razvoj gre tudi v tej

smeri, da so stroji manj energetsko potratni in bolj prijazni do okolja, omogočajo pa tudi

večjo varnost delavcem. Vsi postopki masivnega preoblikovanja imajo svoje značilnosti,

prednosti in slabosti. Naloga inţenirja je, da te pozna in odredi najustreznejšo kombinacijo

postopkov, ki bodo dali najboljši izdelek z najmanjšimi stroški.

1.2 Namen, cilji in teze

Namena diplomskega dela sta predstavitev postopkov masivnega preoblikovanja in opis

strojev ter orodij, ki se uporabljajo pri teh postopkih. Primerjal bom različne postopke

masivnega preoblikovanja glede na to, kakšne materiale lahko z njimi obdelujemo in kakšnih

velikosti ter oblik so lahko. Poleg teoretičnega dela sem naredil kratko analizo dejanske

proizvodnje s postopki masivnega preoblikovanja v podjetju.

Cilji diplomskega dela so:

- teoretičen opis postopkov masivnega preoblikovanja;

- opis strojev in orodij za masivno preoblikovanje;

- primerjava postopkov;

- analiza dejanske proizvodnje.

Teze diplomskega dela so:

- Masivno preoblikovanje vključuje zelo širok spekter različnih postopkov.

- Masivno preoblikovanje predstavlja pomemben del kovinske industrije.

- Razvoj na področju masivnega preoblikovanja je čedalje bolj intenziven.

- S postopki masivnega preoblikovanja je moţna izdelava zelo raznolikih proizvodov.

Page 13: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 2 -

1.3 Predpostavke in omejitve

Ker sem vsebinsko omejen, sem pri postopkih masivnega preoblikovanja predstavil le tiste

najpomembnejše značilnosti, nisem pa se spuščal v manj pomembne detajle. Diplomsko delo

je večinoma teoretično, saj nimam moţnosti podrobnejše analize poteka proizvodnje v

podjetju.

1.4 Metode diplomskega dela

- metoda klasifikacije;

- metoda analize;

- primerjalna metoda;

- metoda deskripcije;

- metoda kompilacije;

Page 14: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 3 -

2 MATERIALI

2.1 Ţelezove zlitine

Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo

deleţ ogljika nad to mejo. Po sestavi delimo jekla na ogljikova in legirana jekla. Pri

ogljikovih jeklih na lastnosti zlitine odločilno vpliva ogljik. Poleg ţeleza in ogljika so v

manjših količinah še mangan, silicij, nikelj in ostale kovine. Te dodamo z namenom

zmanjšanja vpliva nečistoč, kot so ţveplo, fosfor in kisik. Legirana jekla so tista jekla, kjer so

poleg ţeleza in ogljika v zlitini še ostali legirni elementi, ki imajo odločilen vpliv na lastnosti

zlitine. Če je teh manj kot 5 %, je jeklo malo legirano, pri vsebnosti nad 5 % pa je jeklo

visoko legirano. Posebna skupina legiranih jekel so nerjavna jekla, ki vsebujejo najmanj

11,5 % kroma.

Jekla delimo tudi glede na področje uporabe, in sicer na konstrukcijska, orodna in

specialna jekla. Konstrukcijska jekla imajo deleţ ogljika med 0,04 % in 0,6 %, zato so mehka

in ţilava. Namenjena so predvsem izdelavi jeklenih konstrukcij, sestavnih delov strojev in

naprav. Poznamo navadna nelegirana konstrukcijska jekla, ki jih mnoţično uporabljamo, in

legirana jekla, ki jih uporabljamo za dele z večjimi zahtevami. Orodna jekla vsebujejo deleţ

ogljika nad 0,6 %. Če so nelegirana, jih uporabljamo za ročna orodja. Z dodajanjem legirnih

elementov, kot so krom, molibden in volfram, se orodnim jeklom zaradi karbidotvornega

učinka teh elementov poveča trdota. Posebna orodna jekla so hitrorezna jekla, ki vsebujejo

med 0,8 % in 1,25 % ogljika in velike količine karbidotvornih elementov. Njihova prednost

je, da trdoto obdrţijo tudi pri temperaturi do 650 C. Posebna jekla imajo specifične fizikalne,

mehanske in kemične lastnosti. Tako so lahko obstojna pri visokih temperaturah, odporna

proti obrabi in kemijskim vplivom ali imajo posebne magnetne lastnosti [2, 15].

Jekla preoblikujemo v toplem stanju s kovanjem, valjanjem in iztiskavanjem, v hladnem

stanju pa z valjanjem, iztiskavanjem in vlečenjem. Kujemo jekla z veliko plastičnostjo, ki

imajo med 0,05 % in 1,7 % ogljika. Z valjanjem laţje preoblikujemo jekla z manj ogljika.

Tako lahko jekla, ki imajo do 0,8 % ogljika, dobro valjamo. Če je deleţ ogljika med 0,8 % in

1,3 %, lahko valjamo z majhnimi hitrostmi in primerno toplotno obdelavo. Jekla z nad 1,3 %

ogljika lahko preoblikujemo le v manjši meri. Jekla, namenjena iztiskavanju, morajo imeti

veliko razteznost, nizko mejo plastičnosti in majhno preoblikovalno trdnost. Zato iztiskavamo

Page 15: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 4 -

ogljikova jekla, ki imajo do 0,45 % ogljika, in nekatera legirana jekla. Pri mehkih jeklih lahko

v enem gibu doseţemo zoţenje prereza za do 70 % [4].

2.2 Aluminij in aluminijeve zlitine

Čisti aluminij vsebuje okoli 99,5 % aluminija. Je zelo reaktiven in pri stiku z zrakom reagira s

kisikom ter tvori oksidno plast. Ta ga ščiti pred nadaljnjo oksidacijo in korozivnimi vplivi iz

okolja. Najpomembnejša lastnost aluminija in razlog velike razširjenosti uporabe je nizka

gostota, saj je ta z 2,7 kg/dm3 skoraj trikrat manjša kot pri ţelezu. Ostali dobri lastnosti kovine

sta še privlačen videz površine in dobra električna ter toplotna prevodnost. Čisti aluminij nima

dobrih mehanskih lastnosti, zato uporabljamo predvsem aluminijeve zlitine. Najboljše

mehanske lastnosti doseţemo z dodajanjem magnezija, bakra, niklja in silicija.

Aluminij in njegove zlitine lahko preoblikujemo skoraj z vsemi znanimi postopki

preoblikovanja. S toplotno obdelavo nekaterih zlitin lahko doseţemo trdnost, ki presega

trdnost konstrukcijskih jekel. Dobra preoblikovalnost večine zlitin je posledica ploskovno

centrirane kubične kristalne zgradbe. Aluminijeve zlitine, namenjene gnetenju, so legirane

predvsem z bakrom in magnezijem. Baker močno poveča trdnost, a hkrati zmanjša odpornost

proti koroziji. Magnezij poveča trdost zlitine, odpornost proti koroziji pa se za razliko od

bakra prav tako poveča. Slabi lastnosti dodajanja magnezija sta zmanjšanje električne

prevodnosti in zmanjšanje livnosti ter preoblikovalnosti [15, 16].

2.3 Baker in bakrove zlitine

Baker je kovina roţnato-rdečkaste barve. Je razmeroma mehka, zelo ţilava in raztezna kovina.

Atome ima razvrščene v ploskovno centrirano kubično obliko. Zaradi njegovih lastnosti lahko

čisti baker močno plastično deformiramo brez porušitve, saj ga je mogoče hladno valjati tudi z

90-odstotno redukcijo obdelovanca. Hladno preoblikovanje zahteva rekristalizacijsko ţarjenje

med 450−600 C zaradi utrditve, toplo preoblikovanje bakra pa poteka pri temperaturah med

800−900 C. Najpogostejši produkt, proizveden iz bakra, so ţice in kabli, ki ji preoblikujemo

s postopki vlečenja v toplem ali hladnem stanju. Razlog je visoka električna prevodnost bakra,

ki je le nekoliko manjša kot pri srebru.

Veliko količino bakra porabimo za izdelavo različnih bakrovih zlitin, ki jih delimo po

načinu tehnologije obdelave na zlitine za litje in zlitine za preoblikovanje, po kemijski sestavi

Page 16: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 5 -

pa na malolegirane zlitine, medi, brone, tombak in novo srebro. Malolegirane zlitine

vsebujejo do 4-odstotno kombinacijo različnih količin aluminija, kobalta, kroma, silicija,

magnezija, berilija in cirkonija. Vsebnost posameznih elementov vpliva na mehanske

lastnosti.

Medi so zlitine bakra in cinka, ki ga je med 20 % in 40 %, lahko pa so dodani še drugi

elementi. Preoblikujemo jih s stiskanjem, vlečenjem in kovanjem v palice ali profile. Če

bakru (pri vsebnosti nad 80 %) in cinku dodamo še kositer, dobimo tombak. Ta zlitina ima

zelo dobro preoblikovalnost, saj je plastična tudi v hladnem stanju. Surovce najprej toplo

preoblikujemo s stiskanjem, valjanjem in vlečenjem, temu pa sledi hladno gnetenje v končne

izdelke.

Broni so zlitine bakra z 10 % kositra, aluminija, svinca, berilija ali podobnih kovin.

Poleg sekundarne kovine lahko vsebujejo tudi ostale kovine v manjših deleţih. Ločimo jih na

brone za preoblikovanje in brone za litje, odvisno od tega, za katero obdelavo je zlitina glede

na njene mehanske lastnosti primernejša [2, 14, 15].

Page 17: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 6 -

3 DELITEV POSTOPKOV PREOBLIKOVANJA

Preoblikovanje in odrezovanje spadata pod področje mehanske tehnologije, ki obravnava

izdelavo izdelkov na mehanski način. Za razliko od odrezovanja, kjer dobimo izdelek z

ločevanjem materiala od obdelovanca, je preoblikovanje postopek spremembe oblike

obdelovanca brez ali z minimalnim odpadkom, in sicer s plastično deformacijo. Ta nastopi

zaradi delovanja orodja na obdelovanca. Pri tem se pojavljajo različne kombinacije napetosti

po volumnu. Glede na to, katera napetost prednjači pri preoblikovanju, delimo postopke

preoblikovanja v pet skupin, kar prikazuje slika 1. To pa ni edini kriterij delitve postopkov,

saj jih delimo še na preoblikovanje v hladnem in preoblikovanje v toplem stanju, in sicer

glede na to, ali je temperatura obdelovanca pod ali nad rekristalizacijsko mejo. Zadnja delitev

postopkov poteka glede na obliko preoblikovalnega materiala. Pri tem ločimo masivno

preoblikovanje, ki ga bom podrobneje analiziral v naslednjih poglavjih, in preoblikovanje

pločevin [4].

Slika 1 - Delitev postopkov preoblikovanja [17]

Page 18: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 7 -

4 KOVANJE

Kovanje je postopek, kjer plastično deformacijo povzročimo z več zaporednimi udarci kladiva

ali s počasnim stiskanjem v stiskalnici. S kovanjem preoblikujemo jekla z vsebnostjo ogljika

med 0,05 in 1,7 %, sicer se pa laţje kujejo jekla z manj ogljika. Jekla toplo preoblikujemo v

avstenitnem področju, torej pri temperaturah med 800 in 1150 C. Specifični deformacijski

odpor je pri temperaturi 800 C trikrat večji kot pri temperaturi 1100 C, zato teţimo k temu,

da je temperatura obdelovanca karseda konstantno visoka in so za dosego končne oblike

potrebne manjše sile.

Kovanje se najpogosteje uporablja za izdelavo kompliciranih strojnih delov s

spremenljivimi prerezi. Pogosto preoblikujemo obdelovance, ki so bili predhodno valjani,

med samim postopkom kovanja pa se tudi ohrani ugoden potek vlaken, ki smo ga dobili s

predhodno obdelavo. Da bi dobili končno obliko izdelka, samemu kovanju sledijo še postopki

čiščenja obdelovanca, pri utopnem kovanju pa še obdelava z odrezovanjem za odstranitev

brade. Za odstranjevanje škaje (oksidna plast, ki nastane pri ţarjenju) se najpogosteje

uporabljata postopka luţenja in peskanja. Ker imajo kovani izdelki pri enakih trdnostnih

lastnostih dosti manjšo maso kot litine, se uporabljajo v vseh vejah industrije, tako

avtomobilski, letalski in motorni kot tudi v ladjedelništvu in pri gradnji energetskih strojev [4,

21].

-

Slika 2 - Kovani izdelki [18]

Page 19: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 8 -

4.1 Prosto kovanje

Prosto kovanje je tlačno preoblikovanje z razmeroma preprostimi orodji, ki v splošnem ne

objemajo obdelovanca. Uporabljamo ga v individualni in maloserijski proizvodnji ter pri

kovanju zelo velikih odkovkov. Za spremembo oblike je potrebno veliko število udarcev.

Tako je obdelovalni čas relativno dolg in je včasih potrebno tudi vmesno dogrevanje

obdelovanca. Ker je natančnost prosto skovanih delov razmeroma majhna, je potrebnega

mnogo grobega dela pri kasnejši mehanski obdelavi.

V osnovi ločujemo ročno kovanje in prosto strojno kovanje. Ročno kovanje je stara

obrt, ki počasi izumira, saj je strojno kovanje mnogo gospodarnejša alternativa. Z njo se

ukvarja le še peščica kovaških mojstrov, ki pa so se večinoma usmerili v umetnostno

kovaštvo. Merska in oblikovna natančnost in kakovost končnega izdelka sta omejena s

spretnostjo kovača, saj so oblikovalna orodja in pripomočki enostavni. Kovač zaradi

odvisnosti deformacije od trenja in oblike orodja kuje po določenem zaporedju. Surovec

daljša ali pa širi s stiskanjem pravokotno na vzdolţno os surovca in nakrčuje s stiskanjem v

vzdolţni smeri. Poleg oblike se surovcu spreminjajo tudi lastnosti, saj ima dobro prekovan

material finejše zrno in večjo trdnost [4, 21].

Slika 3 - Prikaz prostega kovanja [22]

Page 20: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 9 -

4.2 Utopno kovanje

Utopno kovanje se od prostega razlikuje po tem, da surovec pod udarci kladiva zapolni

vdolbino v utopu in dobi njegovo obliko ter se ne širi prosto. Uporablja se pri masovni

proizvodnji istovrstnih odkovkov. Izdelek se dostikrat najprej prosto kuje, samo utopno

kovanje pa lahko izvedemo na istem kladivu. Tako se lahko predhodno izvedejo različne

operacije, kot so daljšanje, oblikovanje, krčenje, luknjanje in sekanje. Temu sledi utopno

kovanje, kjer poteka postopno polnjenje utopa v vseh smereh, vse dokler ne dobimo končne

oblike z brado, ki jo naknadno odreţemo z noţem ali obrezilno matrico. Brada je del

materiala, ki steče med zgornji in spodnji utop. Z njo se uravnavajo napetosti v končni

gravuri. Te morajo biti čim niţje, a vseeno dovolj velike, da je gravura popolnoma izpolnjena.

Širina brade se izračuna po naslednji enačbi:

s [mm]- širina

Aizk [mm2] - tlorisna ploskev odkovka

Slika 4 - Pomembne dimenzije v utopu [26]

Širina mostička najbolj vpliva na napetosti v gravuri in s tem na obstojnost utopov,

zato je zelo priporočljivo, da pri pomembnejših izkovkih eksperimentalno ugotovimo

minimalno in hkrati še zadovoljivo širino mostička. Čim daljša obstojnost utopov je zelo

pomembna, saj je izdelava le-teh draga in zamudna. Gravura utopa se običajno izdela z

odrezovalnimi postopki. Končna obdelava je običajno ročna ali pa se uporabi elektroerozija. Z

dobrimi orodji lahko izdelamo od 5000 do 30000 odkovkov. Ţivljenjska doba utopa je

odvisna tudi od mazanja z mastjo, olji ali koloidnim grafitom, sam proces mazanja pa bi naj

ponovili pred vsakim udarcem.

Page 21: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 10 -

Ker so tolerance pri utopnem kovanju dosti manjše kot pri prostem kovanju, so tudi

potrebni dodatki za naknadno obdelavo manjši. Po kovanju se odkovek ohladi in skrči, zato

morajo biti dimenzije končne gravure ustrezno večje. Razteznostni koeficienti jekel so odvisni

od količine ogljika in legirnih elementov, kar je treba upoštevati pri konstruiranju orodij.

Tako so mere gravure za obdelavo jekel povečane za pribliţno 1,2 % [4, 12, 26].

4.3 Posebni postopki kovanja

Vodoravno kovanje

Vodoravno kovanje je poseben način kovanja v utopih in se uporablja za izdelavo

podolgovatih odkovkov z odebelitvami, kot so npr. kovice, vijaki in ventili. Izhodiščni

material ima obliko okrogle ţice ali palice in ga na ustreznem mestu nakrčimo. Orodje je

običajno sestavljeno iz treh delov − dve prijemalni čeljusti in pestič. Pri vodoravnem kovanju

so utopi povsem zaprti, zato ni odpada materiala. Prednosti postopka so krajši izdelovalni časi

kot pri drugih postopkih kovanja, potek vlaken v smeri kasnejše obremenitve, velik izkoristek

materiala, izdelki brez kovaških nagibov in zelo kvalitetne površine. Prednost je tudi v

konstrukciji utopnih orodij, saj omogoča zamenjavo najbolj obremenjenih delov in izdelavo

odkovkov z zelo dolgim cilindričnim steblom, luknjo, odebelitvami, nastavki in s

prirobnicami. Pomanjkljivosti postopka sta dve, in sicer morajo biti surovci zelo natančni in

nastane lahko škaja, ki se vgnete v izdelek, ki je ni več mogoče odstraniti [4, 21].

Slika 5 - Vodoravno kovanje [21]

Page 22: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 11 -

Rotacijsko kovanje

Rotacijsko kovanje je postopek vročega ali hladnega preoblikovanja s hitrimi kratkimi udarci

čeljustnih kladiv, ki rotirajo okrog obdelovanca in nanj udarjajo v radialni smeri. Čeljusti

delno ali povsem objemajo obdelovanec, ki se mu prerez med obdelavo zmanjšuje, material

pa se širi v vzdolţno smer. Obdelovanec lahko pri tem miruje ali pa se giba v aksialni smeri.

Postopek uporabljamo za izdelavo cilindričnih, stopničastih ali koničnih palic in cevi ter za

izdelavo notranjih profilov na ceveh. Sam sistem kovanja je protiudaren, število udarnih

čeljusti pa je med 2 in 4. Topla obdelava je primerna za preoblikovanje večjih prerezov, pri

hladnem gnetenju pa je natančnost izdelkov zelo velika, saj se lahko doseţe tolerančna

stopnja IT 11 [4, 21].

Slika 6 - Rotacijsko kovanje [21]

Kalibrirno in gravirno kovanje

Če ţelimo odkovkom povečati mersko ali oblikovno natančnost, jih kalibriramo − kujemo na

mero. Poznamo toplo kalibriranje, ki ga izvedemo neposredno po utopnem kovanju, ko je

odkovek še vroč, in hladno kalibriranje, pri katerem dosegamo večje natančnosti, opravimo pa

ga po termični obdelavi in čiščenju. Razlika med kalibrirnim in gravirnim kovanjem je v tem,

da je orodje pri kalibriranju običajno odprto in ravno na stiskalnih ploščah, pri gravirnem pa

uporabljamo utope s plitko gravuro, tako da dobi prvotno ravna ploskev rahle vdolbine in

izbokline. Pri obeh postopkih uporabljamo kladiva ali mehanske stiskalnice [4, 21].

Page 23: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 12 -

4.4 Stroji

Kujemo lahko na strojnih kladivih ali kovaških stiskalnicah. Za manjše serije so primernejša

kladiva, a zahtevajo bolj izurjenega kovača kot stiskalnice. Te čedalje močneje izpodrivajo

kladiva, saj imajo poleg prej omenjene neodvisnosti od kovača še vrsto drugih prednosti, kot

so enakomernost dela, manjši hrup in moţnost avtomatizirane strege. Glavna slabost v

primerjavi s kladivi je precej višja cena. Zelo pomembna je izbira velikosti stroja, saj za vsak

postopek kovanja obstaja le ena optimalna količina preoblikovalne energije. Kovanje na

premočnih kladivih ali stiskalnicah bi škodovalo orodju, kovanje na prešibkih strojih pa ne bi

dalo ustreznega izdelka ali bilo rentabilno [26].

Kladiva

Kladiva dobijo energijo za opravljanje preoblikovalnega dela s spreminjanjem potencialne

energije v kinetično. Glavni prednosti kladiv sta relativno enostavna zgradba in dejstvo, da jih

ni mogoče preobremeniti. Uporabljajo se predvsem za prosto in utopno kovanje, v osnovi pa

jih razdelimo na udarna in protiudarna kladiva.

Najenostavnejše je padalno kladivo. Glavni element je batni drog, ki je proţno pritrjen v

ovnu. Oven se na zgornjo lego dvigne s posebnim mehanizmom. Višina, od koder pade,

običajno niha med 1,6 in 2,2 metra, pospešuje pa izključno zaradi svoje teţe. Največjo hitrost

ima tik pred padcem na nakovalo, ko se celotna potencialna energija pretvori v kinetično.

Udarci si običajno slede v razmiku od 1,1 do 1,3 sekunde. Poleg padalnih kladiv obstajajo

kladiva z dodatnim pospeškom. Ti imajo različne izvedbe pogonov, ki ovnu dajo dodaten

moment. Najpogosteje uporabljane so izvedbe z vzmetjo, stisnjenim zrakom in hidravličnim

sistemom. Te vrste kladiv so hitrejše in imajo večjo moč preoblikovanja kot padalna kladiva

[12, 26].

Page 24: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 13 -

Stiskalnice

Pri kovanju se dandanes uporablja dosti različnih vrst stiskalnic. Tako se za utopno kovanje

lahkih kovin uporabljajo hidravlične stiskalnice. Velikost sile na takšnem tipu stiskalnic

nastavljamo s spreminjanjem delovnega tlaka, delovni hod pehala pa lahko omejimo z

nastavitvijo stikala. Hidravlične stiskalnice uporabljamo tako pri hladnem kot tudi toplem

preoblikovanju, njihova velika prednost pa je, da ne vsebujejo elementov za spreminjanje

rotacijskega gibanja v linearno.

Za kovanje okroglih odkovkov, čepov osi in ventilov se uporabljajo vretenske

stiskalnice. Te izkoriščajo akumulirano energijo vrtečega vztrajnika. Pogon in spreminjanje

vrtenja vztrajnika je lahko zobniški, torni, hidravlični ali električni. Pretvorbo rotacijskega

gibanja vztrajnika v premočrtno gibanje pehala doseţemo z vretenom in matico. Glavna

karakteristika vretenske stiskalnice je, da ni moţno nastaviti velikosti sile, lahko pa nastavimo

velikost udarne energije, ki je odvisna od kotne hitrosti in vztrajnostnega momenta vztrajnika.

Glavna slabost teh stiskalnic so velike torne zgube, zato torne pogone vse bolj nadomeščajo

hidravlični pogoni.

Ekscentrične stiskalnice se največ uporabljajo za kovanje enostavnih laţjih odkovkov.

Glavna značilnost teh stiskalnic je omejena pot pehala, ki je odvisna od kinematike in

velikosti pogonskega mehanizma [12, 26].

Slika 7 - Hidravlična stiskalnica [21]

Page 25: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 14 -

5 VALJANJE

Valjanje je najpogostejši postopek masivnega preoblikovanja, saj se z njim predela okoli 80

% vseh kovin in njihovih zlitin. Sam postopek je kontinuirano stiskanje materiala med dvema

valjema, pri čemer se material v smeri glavne obremenitve stiska, istočasno pa se v preostale

smeri daljša in širi. Obodi valjev, ki so v kontaktu z obdelovancem, se imenujejo kontaktni

loki. V področju le-teh se vrši preoblikovalni proces. Pri valjanju je izstopna hitrost materiala

vedno večja od konstantne hitrosti valjev, ki pa je večja od vstopne hitrosti materiala. Z

valjanjem surovce najpogosteje preoblikujemo v različne polizdelke, ki se uporabijo kot

izhodni material za nadaljnjo predelavo. Osi valjev, ki sta po navadi enako velika in imata

enako vrtilno hitrost, sta običajno vzporedni. Valji so lahko gladki ali profilni, valjanci pa

polni ali votli. V kinematičnem pogledu ločimo tri vrste valjanja [4]:

- vzdolţno valjanje;

- prečno valjanje;

- poševno valjanje.

5.1 Vzdolţno valjanje

Vzdolţno valjanje je najbolj razširjen način valjanja in se uporablja pri izdelavi različnih

polizdelkov iz jekla in barvnih kovin. Pri tem postopku dva valja, ki se vrtita v nasprotni

smeri, stiskata valjanec, ki se premika pravokotno na osi valjev. Medtem se prečni prerez

obdelovanca zmanjšuje, hkrati pa se njegova dolţina povečuje. V tej smeri je, zaradi

najmanjšega odpora, tudi največja deformacija. Pogoj za začetek valjanja je, da na

obdelovanec deluje pozitivna sila v smeri valjanja. Zato ga velikokrat ošilimo, da omogočimo

laţji stik [4].

Slika 8 - Vzdolţno valjanje [17]

Page 26: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 15 -

5.2 Prečno valjanje

Za razliko od vzdolţnega valjanja se pri prečnem valjanju valja vrtita v isto smer. Tako s

trenjem obračata obdelovanec, ki se preoblikuje vzdolţ valjev. Na ta način lahko valjamo

samo rotacijske oblike, ki imajo enak ali različen premer po dolţini obdelovanca. Valjanec se

aksialno ne premika [4].

Slika 9 - Prečno valjanje kolutov [21]

5.3 Poševno valjanje

Pri poševnem valjanju se, tako kot pri prečnem valjanju, valja vrtita v isto smer. Razlika je v

tem, da stojita osi obeh valjev pod določenim kotom. Obdelovanec se poleg vrtenja okoli

svoje vzdolţne osi hkrati tudi aksialno pomika. S tem postopkom izdelujemo predvsem

brezšivne cevi in valjamo votle ter polne profile [4].

Slika 10 - Poševno valjanje cevi [21]

Page 27: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 16 -

5.4 Posebni postopki valjanja

Obstaja mnogo posebnih postopkov valjanja, ki se v osnovi delijo na prej omenjeno vzdolţno,

prečno in poševno valjanje. Zaradi omejenosti diplomskega dela bom na kratko predstavil le

tri izmed teh postopkov [4].

Valjanje navojev

Z valjanjem navojev dobimo navoje z veliko natančnostjo, zelo kvalitetno površino in

neprekinjenim potekom vlaken. Navoj na surovcu se oblikuje s kotaljenjem po dvoje ali več

profilnih orodjih pod določenim pritiskom. Glede na obliko orodij delimo postopke valjanja

navojev na valjanje z ravnimi preoblikovalnimi orodji in valjanje z okroglimi orodji. Ravna

preoblikovalna orodja, ki jih imenujemo tudi čeljusti, imajo navojni profil vdelan v obliki

ravnih vzporednih zarez, nagnjenih pod kotom. Obdelovanec se vrti med dvema takšnima

čeljustma, ki mu vtisneta navoj s tem, da izpodrineta material navzven. Za razliko od ravnega

valjanja navojev, kjer se orodji gibljeta sem in tja, pri okroglem le-ta rotirata. Orodja imajo

profil navoja vtisnjen na enak način kot čeljusti, razlika je le v tem, da so okrogle oblike [4,

27].

Page 28: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 17 -

Kovaško valjanje

Kovaško valjanje spada pod postopke vzdolţnega valjanja. Sam postopek poteka tako, da

delavec vtakne obdelovanec do določene globine v orodje. Po tem se sproţi vrtenje, ki zagrabi

valjanec, ga preoblikuje in na koncu potisne nazaj v smeri proti delavcu. Orodje je sestavljeno

iz več profilov, ki so po obodu valja nameščeni eden poleg drugega. Celoten proces poteka

tako, da obdelovanec najprej segrejemo v peči in ga nato v več zaporednih vtikih v različne

profile obdelamo do končne oblike [4].

Slika 11 - Kovaško valjanje [17]

Gladilno valjanje

Gladilno valjanje je postopek fine dodelave obdelovancev s plastično deformacijo. Ti

obdelovanci so ţe bili predhodno obdelani z drugimi obdelovalnimi procesi, s samim

postopkom gladilnega valjanja pa jim lahko izboljšamo kakovost površine, mersko natančnost

in trdnost. Orodja so majhni koluti, katerih os je rahlo nagnjena, gladijo pa po načelu

prečnega ali poševnega valjanja [4].

Page 29: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 18 -

5.5 Stroji

Vsaka vrsta valjanih izdelkov zahteva določeno razporeditev, število in obliko valjev. Tako

glede na vrsto valjanih izdelkov delimo valjarne stroje v dve skupini, in sicer na:

- bločne proge in predproge za polizdelke;

- proge za končne izdelke.

Proge za končne izdelke nadalje delimo še na:

- končne proge za profile;

- končne proge za pločevino;

- končne proge za ţico;

- proge za valjanje cevi;

- proge za hladno valjanje (za pločevino in trakove);

- specialne proge (za bandaţe in kolesa).

Glede na konstrukcijo ogrodja in število valjev razlikujemo naslednje tipe strojev [27]:

- duo, pri katerem se valja vrtita v isto smer. Slaba lastnost tega sistema je, da moramo

valjanec za vsako vračati na vtično stran. Zato so razvili reverzibilni duo, ki omogoča

spremembo smeri vrtenja valjev;

- dvojni duo, kjer sta dva para valjev, ki leţita na različni višini. Pri tem se vsak par vrti v

drugo smer, posamezna valja, ki sestavljata par, pa vselej v isto smer;

- trio, kjer je srednji od treh valjev z istim premerom fiksen, zgornji in spodnji pa sta

nastavljiva;

- Lauthov trio, kjer je srednji izmed treh valjev manjši od preostalih dveh. Gnana sta večja

valja, medtem ko je srednji prosto gibljiv. Spodnji valj je fiksen;

- kvarto ogrodja se uporabljajo tako za toplo kot tudi hladno valjanje. Omogočajo zelo veliko

natančnost in so zmoţni prenašati zelo velike pritiske. Sestavljeni so iz štirih valjev, izmed

katerih sta srednja dva manjša in gnana, večja valja pa dajeta podporo in sta prosto tekoča;

- seksto ogrodje je sestavljeno iz šestih valjev, kjer sta srednja dva, ki sta v stiku z

obdelovancem, tako kot pri kvartu ogrodju, manjša in gnana, večji valji pa skrbijo za

podporo;

- mnogovaljčno ogrodje.

Page 30: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 19 -

6 IZTISKAVANJE

Iztiskavanje temelji na plastični deformaciji obdelovanca, na katerega med obdelavo delujejo

tlačne in deloma tudi striţne napetosti. Njegovo gibanje skozi matrico je premočrtno,

navpično ali poševno, medtem pa se mu pod vplivom velikih sil prerez zmanjšuje. Glede na

lastnosti obdelovalnega materiala in zahtevane kakovosti končnega produkta izberemo toplo

ali hladno iztiskavanje. Pri toplem so preoblikovalne sile mnogo manjše in s tem pride tudi do

manjše obrabe orodja kot pri hladnem iztiskavanju, ki pa da boljšo kakovost izdelka. Prednost

samega iztiskavanja je ta, da je fleksibilno, saj moramo za drugo obliko končnega produkta le

zamenjati matrico in ne celega stroja. Uporablja se za izdelavo dolgih ravnih izdelkov s

konstantnim prerezom [3].

Slika 12 - Iztiskavanje [17]

Page 31: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 20 -

6.1 Toplo iztiskavanje profilov

S tem postopkom izdelujemo profile različnih oblik, ki so lahko votli ali polni. Obdelovalni

proces se začne z vstavljanjem segretega materiala v poseben predprostor. Nato začne potisni

bat pritiskati surovec proti matrici. Preden steče skozi matrico, se surovec nakrči skozi celoten

presek predprostora. Po plastični deformaciji dobi obdelovanec obliko odprtine v matrici. Ker

je zaščitna plošča na batu večja od odprtine na matrici, surovca ni moţno iztisniti v celoti,

zato nepreoblikovan profil na koncu odţagamo. Poleg prej opisanega istosmernega

iztiskavanja profilov poznamo tudi protismerno iztiskavanje, kjer je matrica nameščena na

samem potisnem batu, profil pa se iztiska v nasprotno stran gibanja bata. Velik problem pri

iztiskavanju jekel je obraba orodij. Zato se kot mazalno sredstvo uporablja staljeno steklo, ki

poleg mazanja še varuje orodje pred pregrevanjem, preprečuje prehitro ohlajanje vloţka in

ščiti njegovo površino pred oksidacijo [4].

6.2 Hladno iztiskavanje posameznih delov

Hladno iztiskavanje je postopek preoblikovanja, kjer iztisnemo del nesegretega surovca skozi

odprtino v matrici. Sile in obremenitve orodij so izredno velike, saj dosegajo tudi 3000

N/mm2

in zahtevajo karseda enakomernejšo razporeditev obremenitve po orodju. Zaradi tega

je hladno iztiskavanje doseglo razmah šele v zadnjih desetletjih z razvojem novih orodnih

jekel. Samo orodje je sestavljeno iz pestiča, matrice, pritisne plošče, nakrčilnega obroča in

izbijala, ki po končanem preoblikovanju izbije surovec iz matrice. Glede na smer, v katero

teče material, ločimo istosmerno, protismerno, obojesmerno in prečno iztiskavanje. Izdelki

dosegajo po obdelavi dobro kakovost površine in visoke tolerance, ki ustrezajo fino brušenim

izdelkom. Način mazanja je zelo pomemben. Pred nanosom mazila moramo na surovec

nanesti tanek sloj cinkovega fosfata, ki preprečuje iztiskanje maziva med obdelovancem in

orodjem in s tem nastanek hladnega zvara [4, 25].

Page 32: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 21 -

6.3 Hidrostatično iztiskavanje

Pri hidrostatičnem iztiskavanju za razliko od klasičnega iztiskavanja pestič ne pritiska

neposredno na surovec, ampak je med njima tlačni medij. Hitrost, s katero se surovec giblje,

ni enaka hitrosti gibanja pestiča, ampak je proporcionalna tlaku v hidrostatičnem mediju.

Prednost procesa je dobro mazanje zaradi samega hidrostatičnega medija. Posledici tega sta

izdelek z visoko kakovostjo površine in dobre merske natančnosti. Postopek se uporablja za

obdelavo krhkih in teţko preoblikovalnih materialov. Načini hidrostatičnega iztiskavanja so

[3, 4]:

- istosmerno iztiskavanje polnega profila;

- istosmerno iztiskavanje votlega profila;

- istosmerno iztiskavanje polnega profila z dodatno mehansko energijo;

- protismerno iztiskavanje polnega profila z dodatno mehansko energijo.

6.4 Stroji

Za postopke iztiskavanja se najpogosteje uporabljajo hidravlične stiskalnice. Ločimo jih na

vertikalne in horizontalne stiskalnice. Večina vertikalnih stiskalnic, ki so v uporabi, ima

imensko moč med 200 in 3000 tonami. Njihove prednosti so v enostavnejši poravnavi orodja

in surovca, višji stopnji produktivnosti in manjši porabi prostora na tleh kot pri horizontalnih

stiskalnicah. Dodatna prednost je tudi v enakomernem ohlajanju celotne površine

obdelovanca, saj se ta ne dotika sten recipienta. Vertikalne stiskalnice se uporabljajo

predvsem za iztiskavanje cevi z ozkimi stenami, kjer je zaţelena visoka stopnja

koncentričnosti le-teh. Horizontalne stiskalnice se po drugi strani uporabljajo predvsem za

iztiskavanje palic in profilov. Za običajne operacije se uporabljajo stiskalnice moči med 1500

in 5000 ton, medtem ko so v uporabi tudi do 14000-tonske stiskalnice za zahtevnejše

operacije. Slabost vertikalnih stiskalnic je v tem, da se spodnji del površine surovca dotika

stene recipienta in se tako hitreje ohlaja kot zgornji del. To povzroči neenakomerno

deformacijo surovca po prostornini in s tem manj kakovosten končni produkt. Naprednejše

stiskalnice ta problem rešujejo z notranjim ogrevanjem recipienta [3].

Page 33: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 22 -

7 VLEČENJE

Vlečenje je postopek zmanjševanja premera obdelovanca, ki je bil predhodno toplo valjan ali

iztiskan, z vlečenjem skozi matico. Zmanjševanje prereza ima za posledico povečanje dolţine

obdelovanca. Deformacija nastane zaradi vpliva neposredne zunanje natezne obremenitve in

posredne tlačne obremenitve pri prehodu skozi matrico. Cilj procesa, je poleg zmanjšanja

premera, tudi izboljšanje kakovosti površine, oblikovne in merske natančnosti obdelovanca.

Pred vlečenjem moramo obdelovance, ki so bili predhodno obdelani z drugimi postopki,

ustrezno sčistiti, saj so prekriti z oksidno plastjo. Temu sledi še ustrezno mazanje

obdelovanca, za kar se uporabljajo rastlinska in mineralna olja, molibdenov disulfid in

elektrolitske prevleke. Postopke vlečenja delimo na drsni in kotalni vlek, glede na

preoblikovalno orodje. Pri drsnem vleku se uporablja matrica, ki jo imenujemo votlica, pri

kotalnem vleku pa kaliber, ki je sestavljen iz dveh ali več vrtljivih valjev [4, 21].

Slika 13 - Vlečenje [22]

Page 34: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 23 -

7.1 Vlečenje palic in ţice

Izhodiščni material pri vlečenju ţice je palica premera od 9,5 do 12,7 mm, ki je bila

predhodno toplo valjana oz. toplo iztiskana. Kot je ţe bilo rečeno, je treba surovec najprej

ustrezno sčistiti. Sledi koničenje ţice, da jo lahko skozi matrico spojimo s pritezno čeljustjo.

To lahko naredimo ročno, strojno (s kovanjem, valjanjem ali rezkanjem) in s pomočjo

korozivne kisline. Celoten proces je običajno sestavljen iz večjega števila vlečenj. Po vsakem

prehodu skozi matrico se ţica navije na vlečni boben in nadaljuje svojo pot skozi naslednjo

matrico. Vsak naslednji boben se vrti z višjo hitrostjo od predhodnega, saj se z manjšanjem

premera ţica daljša in ima posledično višjo hitrost. Ta postopek se ponavlja, dokler ne

dobimo ţelenega premera ţice. Del matrice, kjer poteka deformacija, je stoţčaste oblike.

Zmanjšanje premera obdelovanca v posameznem vleku je omejeno z natezno trdnostjo

materiala, ki je glavna napetost ne sme preseči.

V osnovi ločimo različne postopke vlečenja ţice na konvecionalne in nekonvecionalne.

Konvecionalne delimo nadalje še na suhe in mokre postopke. Razlike med tema dvema

postopkoma so v pripravi ţice, uporabljenim lubrikantom in konstrukciji stroja. Pri mokrem

postopku se uporabljajo tekoča maziva, na samem navijalnem bobnu pa prihaja do zdrsa ţice.

Pri suhem postopku zdrsa ni, za maziva pa se uporabljajo mila v prahu. Nekonvecionalni

postopki vključujejo hidrodinamični mazalni sistem in ultrazvočno vlečenje. Hidrodinamični

mazalni sistem zagotavlja konstantno tanko plast olja ali emulzije med ţico in matrico. Dobri

strani sistema sta boljše mazanje in posledično manjša obraba matrice, slaba stran pa visoka

cena sistema. Ultrazvok povzroča visokofrekvenčno vibriranje matrice, kar ima za posledico

manjše trenje med njo in surovcem. Posledici tega sta zmanjšanje potrebne sile za izvajanje

vlečenja in boljša kakovost površine izdelka [3].

Slika 14 - Vlečenje ţice [21]

Page 35: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 24 -

7.2 Vlečenje cevi

Izhodiščni material so cevi različnih premerov in debelin sten, ki se bile predhodno podvrţene

ostalim postopkom masovnega preoblikovanja, kot je npr. toplo iztiskavanje. Poznamo štiri

metode vlečenja cevi, ki so lahko nadgrajene z ultrazvočnim vibriranjem matrice. Prva in

najenostavnejša metoda je vlečenje cevi brez trna, ki jo po navadi uporabimo kot predhodno

obdelavo nadaljnjemu vlečenju s pomočjo trnov. Matrica je stoţčaste oblike in ima relativno

dolg konus, ki je tipično nagnjen za 12. Po prehodu skozi matrico se cevi zmanjša premer,

debelina stene pa ne. To v praksi ne drţi popolnoma, saj pride do majhnih sprememb debelin

cevi, katerih velikost je odvisna od razmerja med kotom matrice in vstopnimi dimenzijami

cevi. Tak način vlečenja je cenovno najugodnejši, a z njim dobimo tudi najslabšo kakovost

površine.

Drugi način vlečenja cevi je vlečenje z nepremičnim trnom. Ta je nameščen v grlu

matrice in prek toge palice povezan s stacionarnim delom stroja. Med postopkom se cev giblje

med stenami matrice in trnom, katerega premer je malo manjši od končnega notranjega

premera cevi. Tako pride do hkratnega zmanjšanja premera cevi in debeline stene cevi.

Glavna prednost postopka je visoka kakovost notranjih površin cevi zaradi dobro

pozicioniranega trna. Slabosti postopka pa sta omejena velikost redukcije cevi in nizka hitrost

obdelave. Vlečenje z nepremičnim trnom je najstarejša metoda vlečenja nerjavnih jekel.

Tretja metoda vlečenja cevi je vlečenje s plavajočim trnom. Tukaj za razliko od

predhodnega postopka trn ni povezan z zunanjimi deli, ampak med postopkom leţi v cevi v

območju redukcije cevi. Trn se sam pozicionira s silo trenja, nastalo med njim in cevjo. Pri

obdelavi so ključne dimenzije trna, saj se prekratek ne bi dovolj dobro namestil v središčno

lego v cevi, predolg pa bi ustvarjal preveč trenja. Postopek se uporablja predvsem za vlečenje

dolgih cevi z relativno majhnimi premeri. Samo s tem postopkom lahko naredimo dolge cevi

z gladkimi notranjimi površinami.

Zadnji postopek, ki se uporablja za vlečenje cevi, je vlečenje s pomočjo premikajočega

pestiča, ki se giblje skupaj s cevjo. Pestič ima konstanten premer skozi celotno dolţino in je

enak notranjemu premeru obdelane cevi. Postopek se redko uporablja, saj je zaradi tesnega

prijema pestiča v cevi potrebna dodatna obdelava, ki ju loči. Pri tem moramo rahlo povečati

premer palice, kar je tudi razlog, da ta postopek redko uporabimo oz. ga uporabljamo kot

zadnjega v nizu vlečenj cevi.

Page 36: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 25 -

Prednosti postopka so [3]:

- manj trenja in posledično manjše vlečne sile kot pri ostalih postopkih vlečenja s trni;

- moţne večje redukcije cevi kot pri ostalih metodah;

- krajši pripravni časi vlečenja.

Page 37: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 26 -

8 METAL RAVNE

8.1 O podjetju

Metal Ravne je podjetje s sedeţem v Ravnah na Koroškem. Zaposlujejo okoli tisoč ljudi in

letno proizvedejo okoli 90000 ton jeklenih izdelkov. Podjetje, katerega direktor je Andrej

Gradišnik, je v 100-odstotni lasti Slovenske industrije jekla d. d. Večino proizvodnje, več kot

75 %, izvozijo. Njihov glavni trg so drţave Evropske unije, med drugim pa izvaţajo tudi v

ZDA in na daljni ter bliţnji vzhod. Z lastno jeklarno, kovačnico, valjarno in dodatno

mehansko in toplotno obdelavo zagotavljajo več kot 200 kvalitet jekel različnih dimenzij. So

tretji največji proizvajalec orodnih in specialnih jekel v Evropi, poleg teh pa proizvajajo

izdelke še iz hitroreznih jekel in ogljikovih ter legiranih konstrukcijskih jekel [20].

Slika 15 - Metal Ravne [20]

Page 38: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 27 -

8.2 Strojna oprema

Kovaška oprema

V uporabi imajo dve kovaški stiskalnici in štiri kovaške stroje – kladiva. Z njimi izdelujejo

različne kovane proizvode, kot so kovane gredice, palice in odkovki. Za največje izdelke

uporabljajo stiskalnico, ki je sposobna proizvesti silo 45 MN, za malo manjše obdelovance

uporabljajo 25 MN stiskalnico, za najmanjše izdelke pa kovaška kladiva, ki so sposobna

proizvesti silo 8 MN. 45 MN stiskalnica ima poleg večje sile delovanja tudi večjo najvišjo

moţno hitrost paha in večje maksimalno število udarcev v minuti. Prednost manjše stiskalnice

je v tem, da lahko po ţelji nastavijo mnogo manjšo hitrost paha in frekvenco udarcev paha kot

pri večji stiskalnici in s tem obdelujemo večji spekter različnih gabaritov. Točne podatke za

stiskalnici in kovaška kladiva lahko vidimo v preglednici 1.

Preglednica 1 - Podatki o kovaških strojih

Sila pri kovanju

Hitrost paha / kladiv pri kovanju

Število gibov

Kovaška stiskalnica 25/30 MN

25/30 MN 5 - 110 mm/s 7 - 110 min-1

Kovaška stiskalnica 40/45 MN

40/45 MN 50 - 170 mm/s 70 - 150 min-1

Kovaški stroj 8 MN/kladivo (4 kladiva)

100 - 300 mm/s 150 - 270 min-1

Standardni proizvodni program:

Gredice (namenjene za nadaljnjo vročo plastično predelavo):

okrogle: ø 90-1000 mm

kvadratne: 90-900 mm, dolţina: 2000-10000 mm

Kovane palice (DIN 7527/6):

okrogle: 90-1050 mm

kvadratne: 80-950 mm

ploščate: od 90 mm x 60 mm do 1800 mm x 500 mm ali 1200 mm x 700 mm,

dolţina: 2000-10000 mm

Page 39: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 28 -

Odkovki:

maksimalni premer: ø 1050 mm, maksimalna dolţina: 10000 mm, maksimalna teţa:

9500 kg

Diski:

maksimalni zunanji premer: ø 2500 mm, maksimalni premer luknje: ø 1800 mm,

maksimalna teţa 28000 kg

Puše:

maksimalni zunanji premer: ø 950 mm, maksimalni premer luknje: ø 700 mm,

minimalni zunanji premer: ø 200 mm, maksimalna dolţina: 1900 mm

Slika 16 - Kovanje Metal Ravne [20]

Page 40: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 29 -

Valjarska oprema

Podjetje razpolaga s tremi valjarskimi progami. V valjarni gredic je ključni agregat teţko

valjalno ogrodje (bluming), ki ima moč 5,7 MW, nadaljnjo predelavo pa opravijo na profilnih

valjarskih progah različnih postavitev.

Preglednica 2 - Podatki o teţki valjarski progi

Moč

motorja

(MW)

Št. obratov

motorja

(sek-1

)

Premer

valjev (mm)

Število

obratov

valjev (sek-1

)

Hitrost

valjanja

(m/sek)

Teţka valjarska

proga 5,7 350 - 750

930/922

790/782 0 - 1 0 - 2,9

Standardni proizvodni program na težki valjarski progi:

Teţke gredice z zaobljenimi robovi:

kvadratne: 85-250 mm, dolţina: 2000-.5500 mm

Široki ploščati profili:

širina: 250-505 mm debelina: 26-90 mm

Na srednji in lahki valjarski progi izdelujejo okrogle, kvadratne in ploščate profile različnih

dimenzij.

Preglednica 3 - Podatki o srednji in lahki valjarski progi

Moč

motorja

(KW)

Število

obratov

motorja

(sek-1

)

Premer

valjev (mm)

Število

obratov

valjev (sek-

1)

Hitrost

valjanja

(m/sek)

Srednja valjarska proga 790 550 530 0,98 1,64

950 530 1,7 2,83

Lahka valjarska proga 660 820 320 8,49 8,53

820 310 8,49 8,26

440 450 1,52 2,14

Page 41: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 30 -

Standardni proizvodni program na srednji in lahki valjarski progi:

Srednje gredice z zaobljenimi robovi:

kvadratne: 14-110 mm, dolţina: 3000 – 6000 mm

Okrogli profili (EN 10060):

palice: ø 15-105 mm, dolţina: 3000 – 6000 mm

Kvadratni profili (EN 10059):

kvadratne: 25-75 mm, dolţina: 3000-6000 mm

Ploščati profili (EN 10058, DIN 59200):

širina: 40-150 mm v debelini 7-65 mm

širina: 150-255 mm v debelini 7-50 mm

dolţina: 3000 – 6000 mm

Oprema za vlečenje jekla

Tretji postopek masivnega preoblikovanja, ki ga uporabljajo v podjetju, je vlečenje, s katerim

surovce preoblikujejo v palice. Ta postopek izvajajo na vlečno-ravnalnem stroju moči

110 kW, ki ima tri moţne nastavitve hitrosti.

Preglednica 4 - Podatki o vlečno ravnalnem stroju

Moč

motorja

(kW)

Sila

vlečenja

(kN)

Hitrost

vlečenja

(m/min)

Vlečno ravnalni stroj 110 64 15 / 40 / 60

Standardni proizvodni program:

Vlečeni kolobarji in palice:

dimenzijski razred od ø 6 – 16 mm; kolobarji oz. palice L=1500 – 5000 mm (tol. h11)

Page 42: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 31 -

8.3 Stroški opreme in proizvodnje

Po pričakovanju sta bili največji investiciji nakup 45 MN stiskalnice in teţke valjarske proge,

saj je bila njuna cena 14 milijonov evrov. Zaradi tega je tudi njuna amortizacijska doba

najdaljša in znaša 20 oz. 15 let. Pri tem je zelo pomembno ustrezno vzdrţevanje strojev.

Podjetje se ravna po preventivnem principu vzdrţevanja, kar pomeni remonte na določeno

časovno periodo, in tudi po prediktivnem principu vzdrţevanja z raznimi meritvami stanj

strojne opreme. Na podlagi razpredelnice lahko vidimo, da strojna ura na valjarskih strojih

stane pribliţno trikrat več kot na kovaški opremi. Stroj za vlečenje je zaradi mnogo manjše

moči, kot jo imajo ostali stroji, pomenil mnogo manjšo investicijo in tudi strojna ura na tem

stroju ima zaradi tega mnogo niţjo ceno.

Preglednica 5 - Stroškovni podatki

Nabavna

vrednost

(mio EUR)

Amortizacijska

doba (let)

Cena

(EUR/h)

Kovaška stiskalnica 25/30 MN 6,5 15 500,00

Kovaška stiskalnica 40/45 MN 14,0 20 600,00

Kovaški stroj 10,0 10 500,00

Teţka valjarska proga 14,0 15 1.500,00

Srednja valjarska proga 10,0 15 1.600,00

Lahka valjarska proga 10,0 15 1.700,00

Vlečno ravnalni stroj 1,0 10 70,00

Page 43: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 32 -

8.4 Primer izdelave jeklenih palic v podjetju Metal Ravne

Da bi dobili končno obliko izdelka, mora iti surovec skozi celo vrsto postopkov. Prvi izmed

teh je izdelava ingota – litje jekla v obliko, primerno za nadaljnjo obdelavo. Ta je kasneje

podvrţen trem postopkom masivnega preoblikovanja. S kovanjem in pomoţnimi postopki

preoblikujemo ingote v kovane gredice. Temu sledi preoblikovanje gredic v kolobarje z

valjanjem. Zadnji postopek preoblikovanja je vlečenje, s katerim dobimo končno obliko palic.

Tehnološka pot izdelave vlečene palice iz hitroreznega jekla W.Nr.1.3343

Preglednica 6 - Kemična sestava jekla 1.3343 [20]

OZNAKE KEMIČNA SESTAVA (MAS. %) DOSEGLJIVA

DELOVNA TRDOTA W. NR. C Cr Mo V W Co

BRM2 1.3343 0,90 4,10 5,00 1,90 6,40 - MIN. 64 HRC

Slika 17 - Tehnološka shema proizvodnje jeklenih izdelkov [20]

Page 44: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 33 -

1. Izdelava ingota:

priprava vloţka;

taljenje jekla v 45-tonski elektroobločni peči, legiranje in kontrola kemijske

analize (temperatura 1700 C);

obdelava jekla v VPP (vakumska ponovčna peč), legiranje in kontrola kemijske

analize;

vakumiranje v VPP;

litje ingotov (350/280 x 990 mm);

ohlajanje taline v kokilah;

stripanje.

Slika 18 - Postopek izdelave ingotov [24]

Pri postopku izdelave ingota lahko pride do naslednjih teţav:

- neustrezna kemijska sestava;

- previsoka ali prenizka temperatura litja;

- izceje;

- lunker (votlina v ulitku, nastala med strjevanjem), poroznost;

- mikro in makro vključki;

- prelitje ingotov;

- prekinjeno litje;

- preplate (luske na površini).

Zaradi tega je zelo pomembno, da dosledno upoštevajo celoten plan procesa. Paziti morajo na

to, da ima talina ves čas ustrezno temperaturo. Legirne elemente in elemente, ki modificirajo

nekovinske vključke (CaSi), morajo dodati ob pravem času in talino tudi ustrezno mešati med

postopkom.

Page 45: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 34 -

Pri taljenju jekla je velik problem nastanek prahu. Ta nastaja zaradi uparjanja

materialov pri visokih temperaturah in zaradi oksidacije. Problem rešujejo s čistilno

odpraševalno napravo, ki zajame nad 99 % emisij prahu. Pojavlja se še en problem v procesu

izdelave ingotov, in sicer padec temperature taline pri prenosu v ponovčno peč, zato talino

med sekundarno rafinacijo ogrevajo.

2. Izdelava kovane gredice:

ogrevanje ingotov na temperaturo kovanja v kroţni peči (najprej enakomerno

počasno segrevanje do 850 C, nato pa hitreje do 1180 C);

gotovo kovanje gredic na kovaškem stroju (kvadratni prerez 95 x 95 mm);

razrez gredic v vročem na ustrezno dolţino (3050 mm (+100/−0));

ohlajanje gredic;

mehko ţarjenje gredic (na 850 C z višanjem temperature 220 C na uro);

lokalno čiščenje površine z brušenjem (odprava površinskih napak);

kontrola gredic (kontrola dimenzije, površine, UZ-kontrola notranjih napak ipd.);

adjustiranje gredic (tehtanje, signiranje, etiketiranje).

Pri izdelavi kovanih gredic morajo paziti na to, da je temperatura med kovanjem v pravem

območju, saj bi v nasprotnem primeru prišlo do prevelikega odstopanja površine prereza po

dolţini. Naslednje napake, ki se pojavljajo pri kovanju, so prečne razpoke v materialu in

podobne notranje napake, zato obdelovance preverijo z ultrazvokom in nepravilne izločijo iz

obdelave. Veliko vlogo igrajo parametri delovanja kovaškega stroja, ki so nastavljeni tako, da

je obdelava karseda racionalna, izdelek pa v zahtevanih mejah kakovosti. Pri mehkem

ţarjenju so pomembni temperatura segrevanja obdelovanca in tudi čas segrevanja, čas

zadrţevanja temperature ter čas ohlajevanja. Le če je vse izvedeno pravilno, dobijo ţeleno

mikrostrukturo z zrnatim perlitom.

Page 46: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 35 -

3. Vroče valjanje kolobarjev na valjarski progi:

ogrevanje gredic na temperaturo valjanja (najprej enakomerno počasno segrevanje

do 850 C, nato pa hitreje do 1160 C);

valjanje kolobarjev (ø 15 mm (+0,4/−0));

ohlajanje kolobarjev na zraku;

adjustiranje kolobarjev (etiketiranje);

mehko ţarjenje kolobarjev (na 850 C z višanjem temperature 220 C na uro);

kontrola mehanskih lastnosti;

adjustiranje (tehtanje, etiketiranje).

Napake, ki lahko nastanejo med valjanjem, so:

- prečne razpoke;

- razcepljenost in dvoslojnost;

- prevaljanje ali zavaljanje površine;

- oblikovne napake (zamaknjen profil, zvrnjen profil – špes).

Tako kot pri kovanju je tudi pri valjanju pomembno nastaviti pravilne parametre obdelave in

ustrezno opraviti proces gretja gredic. V primeru prevelike enkratne redukcije obdelovanca ali

prevelike hitrosti valjanja, z namenom časovnega skrajšanja postopka, bi prišlo do prej

omenjenih napak v obdelovancu in tudi orodja na stroju bi bila podvrţena večji obrabi.

Slika 19 - Proces valjanja in vlečenja [24]

Page 47: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 36 -

4. Izdelava vlečenih palic:

vlečenje kolobarjev v palice in razrez na ustrezne dolţine (ø 14 mm (+0,11/−0) x

3000–5000 mm);

rekristalizacijsko ţarjenje (pri 575 C);

ravnanje palic;

končna kontrola (kontrola mehanskih lastnosti, kontrola mikrostrukture, kontrola

razogljičenja, kontrola površine, UZ-kontrola, kontrola dimenzije (premer, dolţina

ipd.);

adjustiranje palic v vezi, tehtanje, etiketiranje, barvno označevanje;

odprema h kupcu.

Pri vlečenju posvečajo največ pozornosti ustreznemu mazanju, saj s tem preprečujejo hitro

obrabo matrice. Z matrico brez napak dobijo zaţeleno kakovost površine palic, v nasprotnem

primeru pa bi lahko prišlo do risaste površine.

Page 48: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 37 -

SKLEP

Področje masivnega preoblikovanja predstavlja pomemben del obdelave kovin, saj so redki

kovinski izdelki, ki niso podvrţeni vsaj enemu izmed njih. Postopkov je čedalje več, saj ţe

majhna sprememba osnovnega postopka, stroja ali orodja pomeni racionalnejšo rešitev za

določen material ali ţeleno končno obliko izdelka. V diplomskem delu sem predstavil

postopke masivnega preoblikovanja, ki se najpogosteje pojavljajo v proizvodnji kovinskih

materialov. Pri tem prednjačijo postopki valjanja in kovanja, s katerimi preoblikujemo ingote

v obliko, primerno za nadaljnjo obdelavo.

Vsako podjetje, ki v svojo proizvodnjo vključuje postopke masivnega preoblikovanja,

mora paziti na mnogo dejavnikov, ki odločajo o kvaliteti in racionalnosti obdelave. Dosledni

morajo biti pri toplotni obdelavi kovin, saj vsako najmanjše odstopanje od idealne

temperature pomeni drugačno mikrostrukturo izdelka in posledično tudi drugačne lastnosti

izdelka. Paziti moramo na ustrezno mazanje orodij, da čim bolj zmanjšamo obrabljenost le-

teh. V primeru neupoštevanja tega pride do večjih stroškov orodja, obdelava postane

neekonomična, lahko pa pride tudi do izmeta izdelka zaradi prevelikih tolerančnih odstopanj.

Za primer uporabe postopkov masivnega preoblikovanja v praksi sem povzel proces

izdelave jeklenih palic. Videli smo lahko, da je pot od začetka procesa do odprodaje izdelka

dolgotrajna, jeklo pa je podvrţeno mnogim operacijam, ki morajo biti vse od prve do zadnje

opravljene v skladu z zamišljenim planom. V podjetju Metal Ravne posvečajo pozornost

vsem vidikom obdelave in neprestano teţijo k izboljšanju svoje proizvodnje. Z dobrimi

poslovnimi odločitvami uspešno konkurirajo na svetovnem trgu jeklenih izdelkov. Kot

nadaljevanje diplomskega dela bi lahko natančneje analiziral proizvodnjo in poiskal prostor za

izboljšave.

Page 49: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 38 -

SEZNAM OBJAVLJENIH VIROV

[1] Balič Joţe, Pahole Ivo. Proizvodne tehnologije. Maribor : Fakulteta za strojništvo,

2008.

[2] Beharič Zdenka. Materiali in obdelave v strojništvu. Ljubljana : Tehniška zaloţba

Slovenije, 2013.

[3] Boljanovic Vukota. Metal : Shaping Processes. New York : Industrial Press, 2010.

[4] Buchmeister Borut. Izdelovalni postopki : preoblikovanje. Maribor : Fakulteta za

strojništvo, 2002.

[5] Buchmeister Borut, Gusel Leo: Proizvodne tehnologije–preoblikovanje. Maribor :

Fakulteta za strojništvo, 2011.

[6] Gologranc Franc, Leš Peter: Tehnika preoblikovanja, Maribor: Tehniška fakulteta,

1991.

[7] Kampuš Zlatko: Osnove tehnologije preoblikovanja kovin : preoblikovanje pločevine,

masivno preoblikovanje. Ljubljana : Fakulteta za strojništvo, 2011

[8] Kampuš Zlatko, Kuzman Karl: Priporočila preoblikovanja. Ljubljana : Fakulteta za

strojništvo, 2008.

[9] Kraut Bojan. Krautov strojniški priročnik, 14. slovenska izdaja / izdajo pripravila Joţe

Puhar, Joţe Stropnik. Ljubljana : Littera picta, 2003.

[10] Kuzman Karl, Pipan Janez, Kampuš Zlatko: Priporočila za načrtovanje tehnologij

preoblikovanja. Ljubljana : Fakulteta za strojništvo, 2000.

[11] Lange Kurt: Handbook of metal forming. Dearborn : Society of Manufacturing

Engineers, 1985.

[12] Legat Franc. Priročnik za kovače : kovanje v hladnem in vročem. Ţirovnica : Medium,

2011

[13] Pahole Ivo, Balič Joţe: Obdelovalni stroji, Maribor: Fakulteta za strojništvo, 2003.

[14] Vodopivec Franc. Kovine in zlitine. Ljubljana : Inštitut za kovinske materiale in

tehnologije, 2002.

[15] Zupanič Franc, Anţel Ivan. Gradiva : Zapiski predavanj. Maribor : Fakulteta za

strojništvo, 2005.

Page 50: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 39 -

SEZNAM INTERNETNIH VIROV

[16] Aluminij [svetovni splet]. Impol. Dostopno na http://www.impol.si/aluminij

[25.7.2014].

[17] Buchmeister Borut. Proizvodne tehnologije I :Gradivo 3[svetovni splet]. Maribor :

Fakulteta za strojništvo, 2012. Dostopno na https://estudij.uni-

mb.si/file.php/4835/PROIZVODNE_TEHNOLOGIJE-3.pdf [17.7.2014]

[18] Kovani izdelki [svetovni splet]. Kovinar Vitanje. Dostopno na http://www.kovinar-

vitanje.si/kovinar-SL-01.htm [16.7.2014].

[19] Leskovar Ţiga. Analiza izbranih postopkov preoblikovanja pločevin : Diplomsko delo

[svetovni splet]. Maribor : Fakulteta za strojništvo, 2012. Dostopno na

http://dkum.uni-mb.si/IzpisGradiva.php?id=22357 [15.7.2014].

[20] Metal Ravne [svetovni splet]. Metal Ravne. Dostopno na

http://www.metalravne.com/mediji/galerija.aspx [15.8.2014].

[21] Preoblikovanje [svetovni splet]. Šolski center Novo mesto. Dostopno na

http://www.ecnm.si/e-gradivo/PREO [15.7.2014].

[22] Preoblikovanje : Kovanje [svetovni splet]. Fakulteta za strojništvo Maribor. Dostopno

na http://fs-server.uni-

mb.si/si/inst/itm/lm/GRADIVA_UC/Tehnologija_gradiv/kovanje.html [16.7.2014].

[23] Preoblikovanje : Vlečenje ţice in profilov [svetovni splet]. Fakulteta za strojništvo

Maribor. Dostopno na http://fs-server.uni-

mb.si/si/inst/itm/lm/GRADIVA_UC/Tehnologija_gradiv/vleenje_ice_in_profilov.html

[20.7.2014].

[24] Špan Boštjan. Čiščenje prahu iz elektro obločne in ponovčne peči z aksialnim

ciklonom : Diplomsko delo [svetovni splet]. Maribor : Fakulteta za strojništvo, 2009.

Dostopno na http://dkum.uni-mb.si/IzpisGradiva.php?id=10700 [21.8.2014].

[25] Tehnološki procesi : Iztiskavanje [svetovni splet]. Študentski.net. Dostopno na

http://studentski.net/gradiva/vis/scv/meh/tehnoloski-

procesi.html?r=vis_scv_meh_tpr_sno_preoblikovanje__iztiskavanje_01.docx

[25.7.2014].

[26] Tehnološki procesi : Kovanje [svetovni splet]. Študentski.net. Dostopno na

http://studentski.net/gradiva/vis/scv/meh/tehnoloski-

procesi.html?r=vis_scv_meh_tpr_sno_preoblikovanje__kovanje_01.docx [15.7.2014].

Page 51: ANALIZA IZBRANIH POSTOPKOV MASIVNEGA PREOBLIKOVANJA · Ţelezove zlitine delimo na jekla, ki vsebujejo do 2,06 % ogljika, in ţelezove litine, ki imajo deleţ ogljika nad to mejo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Analiza izbranih postopkov masivnega preoblikovanja

- 40 -

[27] Valjanje [svetovni splet]. Dijaški.net. Dostopno na

http://www.dijaski.net/strojnistvo/referati.html?r=str_ref_valjanje_01.pdf [20.7.2014].