Trendy v kovárenském průmyslu

Duté předlohové hřídele se vyrábějí především metodami tváření (případně v kombinaci s dalšími metodami), neboť jejich výroba obráběním je energeticky příliš náročná. Jde o tyto technologie: tváření smykovou deformací, rotační kování, radiálně-rotační tváření, přesné kování, protlačování, protlačování v kombinaci se svařováním tření nebo v kombinaci s hlubokým vrtáním, kování na lisech, hydromechanické tváření, procesy PKV s trnem nebo bez trnu. Hranice použití zvolené metody jsou dány požadovanou tloušťkou stěny, možností akumulace materiálu, počtem potřebných operací, potřebným tepelným zpracováním a dosažitelnou přesností. O použití rozhoduje ekonomická efektivnost daná výchozím použitým polotovarem (plná tyč, trubka), případně předtvarkem. Podrobněji je zmíněna kombinace tváření smykovou deformací (rotační protlačování) a příčného klínového válcování (PKV), viz obr. 1. Obě tyto technologie jsou dobře známé. Z porovnání torzní tuhosti plné a duté hřídele o vnějším průměru 34 mm vyplynulo, že při 10% poklesu tuhosti v krutu duté hřídele (tl. stěny 7,5 mm) se sníží její hmotnost cca o 30 %. Smykovou deformací lze docílit poměru L : D = 15 až 20 a D/s < 5, což při protlačování lze docílit jen těžko. Navíc při tváření smykovou deformací není nutné povrch předem fosfatizovat a tvarové protlačky nevyžadují časově náročnou výrobu průtlačnic. V porovnání s vrtáním je čas potřebný na výrobu smykovou deformací pouze 30 - 40 % času vrtání.

Výroba kuželových ozubených kol s různým ozubením (přímé, spirálové či hypoidní) byla dlouho doménou především technologií obrábění. V současné době je snaha vyrábět tato kola s různým typem ozubení rovněž metodami tváření. V případě výroby pastorku dochází ke změně konstrukce v místě styku pastorku a ozubeného kola. Na obr. 2 je znázorněna konstrukce v případě kování, která zabrání možnému posunutí pastorku.V případě přímého ozubení jsou používanými technologiemi orbitální kování (tváření kyvnou zápustkou) za studena, přesné kování v uzavřených zápustkách za studena a tváření za poloohřevu, následované kalibrováním za studena. Kování spirálového ozubení je ve stadiu výzkumu, byly zkoušeny metody kování bezvýronkového i s výronkem, ale zatím nebyla docílena dostatečná sériovost. Problémy jsou v dosažení požadované přesnosti, ve snížení tvářecích sil a v konstrukci nástrojů. Přesné kování ozubených kol za studena včetně ozubení se realizuje tzv. technologií děleného toku materiálu. Současným tokem materiálu ve více směrech je možné snížit tlaky v zápustce a tím i celkovou tvářecí sílu. Používá se přesný polotovar s vnitřním otvorem. Metoda vyžaduje dělený tvářecí nástroj, kde je definován pohyb jednotlivých částí v různých směrech. Takto lze vyrábět kola s přímým i spirálovým ozubením.Pro přesné kování polotovarů ozubených kol pro následné obrábění se využívá kovacích linek Hatebur. Vzhledem k vysoké investiční náročnosti těchto linek jsou vyvíjeny metody bezvýronkového kování na kovacích lisech. Tato technologie však vyžaduje nejen úpravu technologického postupu, ale zejména speciální vícedílné nástroje. V ČR je technologie bezvýronkového kování zavedena ve společnosti Škoda Auto. Je založena na dvou patentech ing. G. Gráfa: Zařízení pro uzavřené kování výkovků s vnitřním výronkem (obr. 3) a Zařízení pro bezvýronkové kování (obr. 4). Principem je vytvoření kompenzačního prostoru pro přebytečný materiál, jak pro kola s vnitřním otvorem, kde není možné použít vnitřní výronek, tak i pro ostatní typy kol, kde kompenzační prostor je vytvořen relativním pohybem horního držáku (viz obr. 4). Tímto způsobem je rovněž dosaženo snížení kovací síly a je zabráněno přetížení lisu.

V oblasti numerické simulace je možné pozorovat největší rozvoj, a to téměř ve všech oblastech týkajících se zápustkového kování. Hlavním cílem ve výrobním procesu je snížit dobu a náklady na vývoj a výrobu daného výrobku či procesu a zvýšit kvalitu výrobků a produktivitu práce. Ve tváření se simulace používá pro vývoj konstrukce nástrojů a výrobních parametrů, zejména s cílem:

a) předpovědět tok materiálu a konečné rozměry výrobku;

b) zabránit vadám, které jsou vyvolány tokem materiálu, jako jsou přeložky při kování nebo ztráta stability (zvlnění) při tváření plechu;

Z celosvětového hlediska ve výrobě zápustkových výkovků připadá na Evropu 27 %, na Rusko 16 %, Dálný východ (Čína, Korea, Tchaj-wan) 20 %, Indie 5 %, USA a Kanada 14 %, Japonsko 10 %, Jižní a Střední Amerika 14%. V Evropě je v oblasti zápustkového kování na prvním místě Německo se 47 %; na ČR připadají pouze asi 3 %.

Situace v ČR jakož i v zemích bývalé RVHP je rozdílná od situace v západní Evropě či ve světě. Zatím co u starších členů EU je obvykle uváděna stagnace či mírný nárůst, v ČR se ukazuje nárůst výroby 10 až 14 %. Na tyto země se rovněž pohlíží jako na "nevítané" konkurenty, zejména v oblasti mzdových nákladů. Z poslední statistiky Euroforge z června 2005 vyplývají následující průměrné trendy na tento rok. Výroba výkovků poroste celkově o 4,5 %, prodejní cena výkovků vzroste o 9,8 % a přímý export o 5,5 %. Největší nárůst, podle dodávek do jednotlivých odvětví, se očekává v sektoru nákladních aut a autobusů (2 až 10 % v průměru 6 %), jinak se průměrné nárůsty dodávek očekávají v rozmezí 1,8 až 5,9 %. Z hlediska nákladů se v průměru očekává inflace 2,6 %, ceny ocelí porostou o 14,7 %; mzdy zaznamenají růst 3,7 %, cena energií 8,4 % a rovněž cena výkovků vzroste o 5,6 %.

Výrobní základnu českého kovárenského průmyslu tvořilo k 31. 12. 2005 celkem 39 kováren (s více než 25 zaměstnanci). Výrobním programem jsou volné a zápustkové výkovky z ocelí a neželezných kovů. Statistika zápustkových výkovků kovaných za tepla i za studena z ocelí a volných výkovků z ocelí za poslední 3 roky je uvedena v tabulce č. 1. V této tabulce není zahrnuta výroba železničních obručí, kotoučů, celistvých kol a náprav. Rovněž zde není zahrnuta výroba zápustkových výkovků z neželezných kovů, která v ČR v roce 2004 činila celkem 5144 tun (171,66 Kč/kg) a v roce 2005 byla výroba 5672 tun (179,39 Kč/kg).

V tabulce č. 2 jsou uvedena data týkající se produktivity práce a energetické náročnosti, která jsou sledována jako celkový údaj za český kovárenský průmysl včetně výroby železničního materiálu. Udávaná produktivita v kovárenském průmyslu ve Francii, Německu, Itálii a Velké Británii se pohybovala v rozmezí 54,8 až 96,8 tun/zam./rok. Průměrná produktivita kovárenských svazů v Euroforge je 72,2 tun/zam./rok.

Z uvedených dat vyplývá, že i když od roku 2004 jsou tržby výrazně ovlivňovány rostoucí cenou ocelí (šrotu, legur), tak kovárenský průmysl v ČR je schopen zvyšovat jak produkci (produktivitu), tak i kilogramovou cenu. Rovněž klesá energetická náročnost výkovků, i když hrubá spotřeba energie vzrostla. To vše při klesajícím celkovém počtu zaměstnanců i vlastních dělníků.

Doc. Ing. Jan Čermák, CSc. ČVUT v Praze

Fakulta strojní

Ústav strojírenské technologie

ČVUT v Praze

//www2.fs.cvut.cz

Jan.Cermak@fs.cvut.cz

Chybějící tabulky naleznete v tištěné verzi časopisu.