Sajtolás
Acélok és egyéb fémek képlékeny alakítását végezhetjük ütéssel vagy nyomással. A nyomással végzett képlékeny alakítást – megkülönböztetésül az ütéssel végzett, ún. kovácsolástól –, sajtolásnak nevezzük.
A két alakítási módot az alakító szerszámok sebessége különbözteti meg egymástól. Ezen a sebességen a másodpercenként megtett utat értjük, és méter osztva másodperccel fejezzük ki (m/s).
Az alakító szerszámok sebességétől függően:
1 m/s alatti sebességnél az alakítást sajtolásnak, 1–2 m/s közötti sebességnél az alakítást ütve sajtolásnak, 2 m/s feletti sebességnél a melegalakítást kovácsolásnak nevezzük.
A kovácsolási hőre hevített darab alakváltozása a szerszámok mozgásának sebességétől függ. Az ütéssel és nyomással történő alakítás között az a különbség, hogy az ütés először a darabok felületét formálja, és csak lassan hatol be a test belsejébe, a sajtolásnál az erőteljes nyomás a darab teljes tömegét egyenletesen alakítja. Az izzó anyagnak a sajtolás alkalmával bekövetkező alakváltozását sajtoló munkának nevezzük.
A sajtolás célja, rendeltetése
A szabadalakító gőz-légkalapácsok egyszerű, nem összetett idomú darabok előállítására szolgálnak. E géptípusoknál a nagyobb alakváltozási ellenállás miatt az ütésekkel végzett kovácsolás soha sem lehet olyan mélyreható, mint a sajtolás. Ennek ellenére nem nélkülözhetők a gyors ütésű kalapácsok sem a kis tömegű szabadalakító, sem a süllyesztékes kovácsolásnál.
A sajtolás célja tehát nehéz (1000 kg feletti) darabok szabadalakító kovácsolása és olyan süllyesztékes darabok kialakítása, amelyek nagy méretük miatt süllyesztékes kalapács alatt nem készíthetők el (pl. tartályfenék).
A sajtolás előnye, hogy a mai fejlett technika mellett majdnem minden olyan kovácsolt tömeggyártmány (70 kg/db tömegig), amelyet régebben csak gépi kalapácson lehetett alakítani, sajtolással előállítható. Sajtolással tehát alakos kovácsdarabok is előállíthatók.
A sajtolás gépei és szerszámai
Azokat a melegalakító gépeket, amelyek nyomóerővel működnek, sajtológépeknek (sajtóknak) nevezzük. Az alakítónyomás létrehozása alapján megkülönböztetünk mechanikus sajtókat és hidraulikus sajtókat.
Mechanikus sajtók
A mechanikus sajtók az alakításhoz szükséges nyomóerőt különféle szerkezeti megoldások útján származtatják át. Ezek közé a következő géptípusokat soroljuk:
– a dörzssajtókat (csavarsajtók);
– a körhagyós vagy excenter sajtókat;
– a forgattyús sajtókat;
– és a könyökemeltyűs vagy könyökös sajtókat.
A csavarsajtók
E sajtótípusok készülnek két és három dörzstárcsás és kúpfogaskerekes meghajtással. Legelterjedtebb típusa a két dörzstárcsás csavarsajtó. Fő jellemzője a gépállványon átmenő meredek emelkedésű csavarorsó, az ehhez kapcsolt lendítőkerék, mely a nyomáshoz szükséges energiát tárolja. A gyakorlatban frikciós sajtónak vagy frikciós présnek is nevezik.
Körhagyós vagy excenter sajtók
A körhagyós vagy excenter sajtók nyomóerejüket ún. körhagyóval fejtik ki. A tengelyközép eltolásával növekszik a körhagyó, ebben különbözik a forgattyús sajtótól. Körhagyós sajtónál a nagy kerék nyomatékát a körhagyó viszi át a darabra. Lényegében a körhagyós és a forgattyús sajtók csaknem azonos tulajdonságúak. E tulajdonságokat az alábbiakban összegezhetjük:
1. Ellentétben a csavarorsós sajtókkal, a nyomófej itt meghatározott lökethosszal mozdul el.
2. Ellentétben a csavarorsós sajtókkal, a nyomófej lassú mozgással éri el a kovácsdarabot.
3. A nyomóerő az alsó holtpont felé egyre nő.
A körhagyós sajtók egy- és kétállványú kivitelben készülnek. A kovácsiparban mint sorjázógépek használatosak. Bár 50 kN-tól 3500 kN nyomóerőig készül az egyállványos körhagyós sajtó, mégis a nagyobb merevsége miatt inkább a kétállványú kivitelt használják.
A kétállványú sorjázósajtók lábindítóval ellátottak. A gép csak akkor indul, ha a dolgozó mindkét keze foglalt, vagy egy másik megoldással, ún. fotocellával biztosítják a balesetek megelőzését. A fotocella akkor engedi a nyomófej megindítását, ha nincs a gép alatt idegen test (pl. emberi kéz).
Forgattyús sajtók
A forgattyús sajtók három típusa ismeretes:
– kétállványú sorjázósajtó;
– kétállványú, széles asztallal rendelkező süllyesztékes sajtó;
– nagyteljesítményű gyorskovácsoló sajtó, ún. Maxima-sajtó.
A kétállványú sorjázósajtó körhagyó helyett forgattyúval működik. Lökete jóval nagyobb, ezért hosszabb löketet igénylő munkákra alkalmas.
A kétállványú, széles asztalú sajtó két forgattyúval dolgozik. A széles asztal lehetővé teszi, hogy a darabot egymás után több szerszámban alakítsuk (többüregű szerszám fogható fel).
Az ilyen sajtókat 2,5–5,2 MN nyomóerővel gyártják. Kisebb tömegű darabok tömeggyártására alkalmas. A gép állandóan jár, a kovács a darabot az egyik üregből a másikba rakhatja
Forgattyús gyorskovácsoló vagy Maxima-sajtók
E géptípusok 5–80 MN-ig készülnek, és eléggé elterjedtek. A kovácsdarabokkal szemben támasztott pontossági követelményeket a dörzstárcsás sajtók, a gépi kalapácsok nem tudták kielégíteni, a Maxima-sajtók alkalmasabbak ezek ellátására. A gép merevségét az átmenő állványcsavarok biztosítják. Az asztalt kis emelkedésű ékkel állíthatjuk pontos magasságra. Ezt a beállítást az első darabok sajtolásakor végezzük. Ekkor már látjuk, hogy az állvány az adott darab sajtolásakor mennyit tágul, mennyit rugózik. Sajtolás közben a magassági méretet néhány tized mm pontosságra lehet beállítani.
Könyökemeltyűs vagy könyökös sajtók
Fő alkalmazási területük ott van, ahol nagy erőt igénylő, rövid úton lefolyó, kis alakváltozást kell előidézni. Míg a Maxima-sajtó forgattyúja közvetlenül hat a nyomókar útján a nyomófejre, addig a könyökös sajtó nyomókarja és a nyomófej közé könyök van iktatva, amelynek egy egyenesbe tolásával jön létre a nyomóerő. A könyökemeltyűs sajtónál kisebb hajtóerővel nagyobb alakító hatás fejthető ki, mert a löket végén sokkal kisebb a sebesség. A fejlett kovácsipar, a pontossági kovácsolásnál, mint végső kalibráló sajtót alkalmazza. A darabot vagy közvetlenül az alakítás utáni maradék meleggel (félmelegen), vagy hidegen, néhány tized mm nyomással pontos magassági méretre sajtoljuk. Ez utóbbi művelettel rendszerint kiküszöbölhető a forgácsoló megmunkálás egy része. Általában 1, 5-től 30 MN nyomóerőig készülnek e géptípusok.
Hidraulikus sajtók
A hidraulikus sajtókat főleg a szabadalakító nyújtó- és idomkovácsolásnál alkalmazzák. Szerszámmozgásuk viszonylag lassú. E géptípusok a tiszta nyomóhatással dolgozó kovácsológépek közé tartoznak.
Csak olyan méretű süllyesztékes munkákra alkalmasak, melyekhez megfelelő nagyságú kalapács vagy mechanikus sajtó már nincsen. A működéshez szükséges nyomóvizet a magas nyomású szivattyúk által táplált hidraulikus ún. akkumulátorokból kapja. A gőzzel működő hidraulikus sajtóknál a nyomóvizet a gőznyomás által működtetett berendezés szolgáltatja. Mindkettő teljesítménye ugyanaz, csak a gőzhidraulikus sajtónál a nyomásszabályozás egyszerűbb. A gőznyomás pontosan úgy áll be, ahogy az ellenállás megkívánja.
A sajtolómunkát nagy mértékben zavarja a présszivattyúk lüktető vízszállítása. A nyomás nem egyenletes, hanem rövid szakaszokban jelentkezik. Ezért a présszivattyú és a sajtó közé nyomáskiegyenlítőt, ún. akkumulátort iktatnak.
Az akkumulátoroknak három fő típusa van:
– súlyakkumulátor;
– dugattyús légellensúlyos akkumulátor;
– légpárnás palackos akkumulátor.
A hidraulikus sajtók másik csoportja a gőz-hidraulikus sajtók. E sajtók időben ugyan megelőzték a folyadékkal működő hidraulikus sajtókat, ma már kevés ilyen gép van üzemben
A sajtolás folyamata
A sajtókkal végzett kovácsolási műveletek kissé eltérnek a kalapácsok alatt végzett kovácsolási műveletektől. Ennek oka a kovácsdarabok és a nyersdarabok nagy keresztmetszete. Sajtó alatti kovácsoláshoz rendszerint sokszög szelvényű öntecset alkalmazunk kiinduló anyagként. A munka folyamán találkozunk bugadarabok és előkovácsolt alakos darabok szerszámüregbe sajtolásával is.
Sajtolószerszámok
A sajtolószerszám (süllyeszték) nem más, mint a gyártandó darab negatívja. A szerszámok anyaga az előállítandó darabok számától, azok minőségétől, a darabok bonyolultságától függ. Kis darabszámú alkatrész sajtolására megfelel az öntöttvasból vagy öntöttacélból készült süllyeszték. Élettartamuk azonban nem hosszú.
Tömeggyártásban szénacélból vagy öntött acélból készült szerszámtömböket használunk. A szerszámtömböket öntecsekből sajtók alatt elősajtolják, átkovácsolják és a megadott méretekre vágják. A kovácsolás után a tömböket kilágyítják és mechanikai megmunkálásra adják. A mechanikai üzemben gyalulják, marják, vésik a szükséges üregeket.
Az ilyen előállítási mód nagyon munkaigényes, kevésbé gazdaságos. A korszerű tömeggyártásnál újabban a sajtolt süllyesztékek előállítására tértek át. Ezek tartósabbak és olcsóbbak a mechanikai megmunkálással előállítottaknál.
A sajtolósüllyesztékek nagy megtakarítást eredményeznek a drága ötvözött acélokban, mert csak a betétek készülnek ötvözött acélból, míg a süllyesztéktartókat olcsóbb szénacélokból készítik. A sajtolószerszámok a sajtolandó daraboktól függően lehetnek:
– nyitottak, melyeknél az üreges alsószerszám felekbe a felső lapos nyomófejjel sajtoljuk be a darabokat;
– kétrészes vagy zárt üregű szerszámfelek, amelyek az ún. osztósíkkal kettéosztott szerszámok. E típust bonyolultabb darabok sajtolásánál alkalmazzuk.
A sajtolószerszámok üregeinél ún. sorjalécet képeznek ki, az anyagfölösleg ide kifolyva megtámaszkodik, és biztosítja az üreg tökéletes kitöltését a darab bekényszerítésekor. A sorja tehát szükséges rossz.
A sajtolószerszámok felfogása többnyire fecskefarkos kiképzéssel (kalapácsok ütőfejei) vagy a sajtó asztalán kiképzett, ún. „T”-hornyokba behelyezett csavarok segítségével és leszorító kengyelek felhasználásával történik. Csak a pontosan vezetett és felfogott szerszámokkal végezhető selejtmentesen a sajtolómunka.